DE102018200712A1 - Wandlervorrichtung elektrischer Leistung, Solarenergie-Aufbereitungssystem, Stromspeichersystem, unterbrechungsfreies Leistungsversorgungssystem, Windenergieerzeugungssystem und Motorantriebssystem - Google Patents

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Abstract

Eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung, welche eine Inverterschaltung einer 4-Parallel-Konfiguration aufweist, wird durch eine Kombination von vier ersten bis dritten Leistungshalbleitermodulvorrichtungen realisiert. In jeder Modulvorrichtungsgruppe sind eine einzelne Einheit der ersten Leistungshalbleitermodulvorrichtung und eine einzelne Einheit der zweiten Leistungshalbleitermodulvorrichtung gemischt angeordnet, sodass sie abwechselnd angeordnet sind. Des Weiteren weisen die ersten bis dritten Leistungshalbleitermodulvorrichtungen Schaltelementgruppen auf, welche eine Gemeinsamkeit haben, dass jede Schaltelementgruppe mindestens einen ersten und zweiten Transistor und eine erste und zweite Diode aufweist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung, welche durch Verbinden einer Mehrzahl von Halbleitermodulen, welche durch parallele Leistungshalbleitermodule typisiert sind.
  • Stand der Technik
  • In Inverterschaltungsvorrichtungen, welche Anwendungssysteme sind, ist der Bedarf für höhere Spannungen und niedrigere Verluste erhöht und der Bedarf für Inverterschaltungen, welche eine Dreistufen-I-Typ-Inverter-Konfiguration aufweisen, nimmt zu. Unter solchen Umständen wird die vorstehend beschriebene Inverterschaltung dadurch gebildet, dass eine Mehrzahl von Leistungshalbleitermodulen, welche eine 2-in-1-Konfiguration aufweisen, parallel geschaltet werden.
  • Beispiele für das herkömmliche Verfahren, welches den Dreistufen-I-Typ-Konverter durch Verwenden der Leistungshalbleitermodule, welche die 2-in-1-Konfiguration aufweisen, realisiert, umfassen eine in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarte dreistufige Wandlervorrichtung elektrischer Leistung.
  • Die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarte herkömmliche dreistufige Wandlervorrichtung elektrischer Leistung bildet einen Zweirichtungsschalter durch eine parallele Schaltung einer ersten Halbleiterschalter-Reihenschaltung, in welcher ein erster und ein zweiter Halbleiterschalter mit antiparallel geschalteten Dioden in Reihe geschaltet werden, und einer zweiten Halbleiterschalter-Reihenschaltung, in welcher dritte und vierte Halbleiterschalter mit antiparallel geschalteten Dioden in Reihe geschaltet werden, und ein Spannungsklemm-Snubber, welcher eine beidseitige Spannung des Halbleiterschaltelements an eine Gleichstrom-Leistungsquellenspannung klemmt, ist mit dem vorstehend beschriebenen ersten und dem zweiten Halbleiterschalter oder dem vorstehend beschriebenen dritten und dem vierten Halbleiterschalter parallel geschaltet.
  • Die herkömmliche Inverterschaltung der Dreistufen-I-Typ-Konfiguration, welche durch die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarten Verfahren typisiert ist, weist eine Problematik darin auf, dass Schaltungsinduktanz aufgrund von Stromschleifen, mit welcher Stromänderungen (di/dt) zusammen mit dem Schalten der Halbleiterschalter stattfinden, erhöht ist und Stoßspannungen werden aufgrund dieser Problematik exzessiv erzeugt.
  • Des Weiteren gab es ein Problem, dass beispielsweise der Betriebsbereich der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung aufgrund der vorstehend beschriebenen exzessiven Stoßspannung beschränkt werden muss. Außerdem müssen Snubber-Schaltungen separat montiert werden, um die exzessive Stoßspannung einzuschränken, und es gab ein Problem, dass Zunahmen der Größe und Kosten der Vorrichtung bewirkt werden.
  • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe, eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung zu erhalten, welche fähig ist, Schaltungsinduktanzen in Stromschleifen, mit welchen Stromänderungen (di/dt) zusammen mit dem Schalten von Schaltelementen stattfinden, effektiv einzuschränken.
  • Eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen und eine Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen.
  • Eine Kombination der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen bildet mindestens einen Teil einer Inverterschaltung und die Inverterschaltung umfasst: eine erste bis sechste Diode und ein erstes bis viertes Schaltelement.
  • Das erste bis vierte Schaltelement sind zwischen einem ersten Potentialanschluss einer Hochpotential-Seite und einem zweiten Potentialanschluss einer Niederpotential-Seite in Reihe bereitgestellt. Die erste bis vierte Diode sind vorgesehen, um jeweils dem ersten bis vierten Schaltelement zu entsprechen und sind umgekehrt angeschlossen, um jeweils Anoden in einer Seite des zweiten Potentialanschlusses aufzuweisen. Die fünfte Diode ist zwischen einem Zwischenpotentialanschluss und einem ersten Zwischenverbindungsanschluss angeschlossen, um eine Anode in einer Seite des Zwischenpotentialanschlusses aufzuweisen. Die sechste Diode ist zwischen dem Zwischenpotentialanschluss und einem zweiten Zwischenverbindungsanschluss angeschlossen, um eine Kathode in einer Seite des Zwischenpotentialanschlusses aufzuweisen.
  • Die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung weist eine Dreistufen-I-Typ-Konfiguration auf, welche einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Schaltelement als der erste Zwischenverbindungsanschluss, einen Verbindungspunkt zwischen dem dritten und vierten Schaltelement als zweiter Zwischenverbindungsanschluss und einen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dritten Schaltelement als ein Ausgabepotentialanschluss definiert.
  • Jedes der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen weist eine Schaltelementgruppe auf, welche umfasst: eine erste und eine zweite modulinterne Diode, welche zwischen einem ersten externen Anschluss und einem zweiten externen Anschluss in Reihe geschaltet sind, um jeweils Anoden in einer Seite des zweiten externen Anschlusses aufzuweisen, und mindestens ein modulinternes Schaltelement, welches mit mindestens einer der ersten und zweiten modulinternen Diode parallel verbunden ist.
  • Ein Verbindungspunkt zwischen der ersten und zweiten modulinternen Diode dient als ein dritter externer Anschluss; das erste Schaltelement, die erste Diode und die fünfte Diode der Inverterschaltung sind der Schaltelementgruppe von jedem der Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen zugeordnet; das vierte Schaltelement, die vierte Diode und die sechste Diode der Inverterschaltung sind der Schaltelementgruppe von jedem der Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen zugeordnet; und eine einzelne Einheit des ersten Halbleitermoduls und eine einzelne Einheit des zweiten Halbleitermoduls werden gemischt angeordnet, um zwischen der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen abwechselnd angeordnet zu sein.
  • Da die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der vorliegenden Erfindung die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist, können zwischen dem Paar aus dem ersten und dem zweiten Halbleitermodul, welche so angeordnet sind, dass sie unter der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen benachbart sind, mit Bezug auf einen Strompfad eines Zwischenpotentials, welcher mit dem zweiten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls und dem ersten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls verbunden ist, ein Strompfad eines ersten Potentials, welcher mit dem ersten externen Anschluss des ersten Halbleitermoduls verbunden ist, und ein Strompfad eines zweiten Potentials, welcher mit dem zweiten externen Anschluss des zweiten Halbleitermoduls verbunden ist, relativ nahe beieinander angeordnet werden.
  • Daher kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der vorliegenden Erfindung die Schaltungsinduktanz in den Stromschleifen, welche durch die zusammen mit den Schaltvorgängen des ersten bis vierten Schaltelements der Inverterschaltung verursachten Stromänderungen (di/dt) verursacht wird, und kann insbesondere die Schaltungsinduktanz in den Stromschleifen, welche bei Regenerationsvorgängen verursacht wird, verringern.
  • Als ein Ergebnis davon ermöglicht die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der vorliegenden Erfindung mit der Verringerung der vorstehend beschriebenen Schaltungsinduktanz das Beseitigen oder Verkleinern von Snubber-Schaltungen in der Vorrichtung und kann Verkleinerung und Kostenverringerung der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung implementieren.
  • Des Weiteren kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der vorliegenden Erfindung Stoßspannungen mit der Verringerung der vorstehend beschriebenen Schaltungsinduktanz begrenzen und Betriebsbereiche erweitern.
  • Außerdem kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der vorliegenden Erfindung an schnellen Schaltvorgängen durch Begrenzen von Stoßspannungen angewandt werden und die Schaltvorgänge können mit geringem Verlust durchgeführt werden.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung und die beigefügten Zeichnungen ersichtlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltbild, welches eine Grundkonfiguration eines Armes einer Inverterschaltung, welche eine Dreistufen-I-Typ-Inverterkonfiguration aufweist, darstellt;
    • 2 ist ein Schaltbild, welches eine weitere Konfiguration eines Armes einer Inverterschaltung, welche eine Dreistufen-I-Typ-Inverterkonfiguration aufweist, darstellt;
    • 3 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls darstellt, welches eine 2-in-1-Konfiguration aufweist;
    • 4 ist ein erläuterndes Diagramm (Nr. 1), welches eine interne Konfiguration eines anderen Leistungshalbleitermoduls darstellt;
    • 5 ist ein erläuterndes Diagramm (Nr. 2), welches eine interne Konfiguration eines anderen Leistungshalbleitermoduls darstellt;
    • 6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration einer Leistungshalbleitermodulvorrichtung darstellt, welche das in 3 dargestellte Leistungshalbleitermodul als eine Schaltungsvorrichtung realisiert.
    • 7 ist ein Schaltbild, welches Modulzuordnungsmittel der Erfindung der vorliegenden Anmeldung darstellt, welche die in 1 dargestellte Inverterschaltung durch Verwenden der in den 3 bis 5 dargestellten Leistungshalbleitermodule realisiert;
    • 8 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration eines ersten Vergleichsverfahrens einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration durch Verwenden der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung realisiert wird.
    • 9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration darstellt, welche der in 8 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung äquivalent ist.
    • 10 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration eines zweiten Vergleichsverfahrens einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration durch Verwenden der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung realisiert wird;
    • 11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration durch Verwenden der in 6 darstellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 realisiert wird;
    • 12 ist ein Graph, welcher Analyseergebnisse der Schaltungsinduktanz der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung des in 10 dargestellten zweiten Vergleichsverfahrens darstellt;
    • 13 ist ein Graph, welcher Analyseergebnisse der Schaltungsinduktanz der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt;
    • 14 ist ein erläuterndes Diagramm, welches Stromschleifen in einem Beharrungszustand darstellt;
    • 15 ist ein erläuterndes Diagramm (Nr. 2), welches die in 12 und 13 dargestellte Induktanz und Stromschleifen darstellt;
    • 16A bis 16D sind erläuternde Diagramme, welche eine Stromschleife in einem Stromentlademodus in einem Erzeugungsvorgang darstellen;
    • 17A bis 17D sind erläuternde Diagramme, welche eine Stromschleife in einem Stromaufnahmemodus in einem Erzeugungsvorgang darstellen;
    • 18A bis 18D sind erläuternde Diagramme, welche eine Stromschleife in dem Stromentlademodus in einem Regenerationsvorgang darstellen;
    • 19A bis 19D sind erläuternde Diagramme, welche eine Stromschleife in dem Stromaufnahmemodus in einem Regenerationsvorgang darstellen;
    • 20 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration, welche eine gemeinsamen Verbindung an einem Zwischenpunkt aufweist, der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt.
    • 21 ist ein erläuterndes Diagramm (Nr. 3), welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls darstellt, welches eine weitere 2-in-1-Konfiguration aufweist;
    • 22 ist ein erläuterndes Diagramm (Nr. 4), welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls darstellt, welches eine weitere 2-in-1-Konfiguration aufweist;
    • 23 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung durch eine 4-Parallel-Konfiguration unter Verwendung der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung realisiert wird;
    • 24 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein Anwendungssystem darstellt, welches eine dritte bevorzugte Ausführungsform ist;
    • 25 ist ein Schaltbild, welches herkömmliche Modulzuordnungsmittel darstellt, welche die in 1 dargestellte Inverterschaltung durch Verwenden des in 3 dargestellten Leistungshalbleitermoduls realisieren;
    • 26 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration einer herkömmlichen Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration durch Verwenden der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung realisiert wird;
    • 27 ist ein Schaltbild, welches eine Konfiguration einer in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarten herkömmlichen Wandlervorrichtung elektrischer Leistung darstellt; und
    • 28 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarten herkömmlichen Wandlervorrichtung elektrischer Leistung darstellt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • <Vorausgesetzte Verfahren>
  • (Inverterschaltung)
  • 1 ist ein Schaltbild, welches eine Grundkonfiguration eines Armes einer Inverterschaltung darstellt, welche eine Dreistufen-I-Typ-Inverter-Konfiguration aufweist. Wie in diesem Bild dargestellt weist eine Dreistufen-I-Typ-Inverterschaltung 60 einen Potentialanschluss P, welcher ein erster Potentialanschluss einer Hochpotential-Seite (Oberseite) einer DC-Spannung ist, und einen Potentialanschluss N auf, welcher ein zweiter Potentialanschluss einer Niederpotential-Seite (Unterseite) ist.
  • Wie in 1 dargestellt weist die Inverterschaltung 60 Transistoren Q1 bis Q4, welche ein erstes bis viertes Schaltelement sind; Dioden D1 bis D4, welche eine erste bis vierte Diode sind, die so vorgesehen sind, dass sie den Transistoren Q1 bis Q4 entsprechen; und Dioden D5 und D6 auf, welche eine fünfte und eine sechste Diode sind.
  • Die Transistoren Q1 bis Q4 verwenden ihre Seite des Potentialanschlusses P als Elektroden einer ersten Seite, verwenden ihre Seite des Potentialanschlusses N als Elektroden einer zweiten Seite und sind zwischen dem Potentialanschluss P und dem Potentialanschluss N in Reihe vorgesehen. In 1 sind Bipolartransistoren mit isolierter Gate (IGBT) als die Transistoren Q1 bis Q4 dargestellt. Es sei angemerkt, dass die Transistoren Q1 bis Q4 durch andere Schaltelemente wie etwa MOS-Transistoren realisiert werden können.
  • Die Dioden D1 bis D4 sind mit den Transistoren Q1 bis Q4 antiparallel geschaltet, sodass jede Anode dieser in der Seite des Potentialanschlusses N ist.
  • Die Diode D5 ist zwischen einem Potentialanschluss C, welcher ein Zwischenpotentialanschluss ist, und einem Zwischenverbindungsanschluss M1 angeschlossen, welcher ein erster Zwischenverbindungsanschluss ist, sodass eine Anode dieser in der Seite des Potentialanschlusses C ist.
  • Die Diode D6 ist zwischen dem Potentialanschluss C und einem Zwischenverbindungsanschluss M2, welcher ein zweiter Zwischenverbindungsanschluss ist, angeschlossen, sodass eine Kathode dieser in der Seite des Potentialanschlusses C ist.
  • Der Zwischenverbindungsanschluss M1 ist ein Verbindungspunkt zwischen den Transistoren Q1 und Q2, d.h. zwischen dem ersten und zweiten Schaltelement, der Zwischenverbindungsanschluss M2 ist ein Verbindungspunkt zwischen dem Transistoren Q3 und Q4, d.h. zwischen dem dritten und vierten Schaltelement und ein Verbindungspunkt zwischen den Transistoren Q2 und Q3, d.h. zwischen dem zweiten und dritten Schaltelement, wird als ein Ausgabepotentialanschluss AC definiert.
  • Anschlüsse 71 bis 74 sind die Anschlüsse, welche mit Steuerelektroden der Transistoren Q1 bis Q4 verbunden sind und Anschlüsse 81 bis 84 sind die Anschlüsse, welche mit den Elektroden der zweiten Seite in der Seite des Potentialanschlusses N der Transistoren Q1 bis Q4 verbunden sind.
  • Auf diese Weise bilden die Transistoren Q1 bis Q4 und die Dioden D1 bis D6 die Inverterschaltung 60, welche die Dreistufen-I-Typ-Inverterkonfiguration aufweist, welche einer Last elektrische Leistung von dem Ausgabepotentialanschluss AC zuführt.
  • 2 ist ein Schaltbild, welches eine weitere Konfiguration eines Armes einer Inverterschaltung 60B darstellt, welche eine Dreistufen-I-Typ-Inverterkonfiguration aufweist.
  • Wie in dem Diagramm dargestellt ist dies von der Grundkonfiguration dadurch verschieden, dass die Transistoren Q5 und Q6 ferner vorgesehen sind, um den Dioden D5 und D6 zu entsprechen.
  • Der Transistor Q5 ist mit einem Zwischenverbindungsanschluss M1 durch eine Elektrode der ersten Seite dessen verbunden und eine Elektrode der zweiten Seite dessen ist mit einem Potentialanschluss C verbunden. Der Transistor Q6 ist mit dem Potentialanschluss C durch eine Elektrode der ersten Seite dessen verbunden und eine Elektrode der zweiten Seite dessen ist mit einem Zwischenverbindungsanschluss M2 verbunden.
  • Anschlüsse 75 und 76 sind die Anschlüsse, welche mit Steuerelektrode der Transistoren Q5 und Q6 verbunden sind, und Anschlüsse 85 und 86 sind die Anschlüsse, welche mit den Elektroden der zweiten Seite der Transistoren Q5 und Q6 verbunden sind.
  • Wenn die Transistoren Q5 und Q6 in der in 2 dargestellten Inverterschaltung 60B in einen Aus-Zustand versetzt werden, wird die Inverterschaltung äquivalent zur in 1 dargestellten Inverterschaltung 60.
  • Es sei angemerkt, dass, falls die Transistoren Q1 bis Q6 IGBTs sind, die Steuerelektroden dieser Gate-Elektroden, die Elektroden der ersten Seite Kollektor-Elektroden und die Elektroden der zweiten Seite Emitter-Elektroden sind. Hiernach, unter der Annahme, dass die Transistoren Q1 bis Q6 IGBTs sind, werden die vorstehend beschriebenen Gate-Elektroden, Kollektor-Elektroden und Emitter-Elektroden für die Beschreibung als Gates, Kollektoren und Emitter abgekürzt.
  • (Leistungshalbleitermodul)
  • 3 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls 101 darstellt, welches eine 2-In-I-Konfiguration aufweist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 101 weist in seinem Inneren Transistoren Tr1 und Tr2, welche in den ersten und zweiten Modulen Schaltelemente sind, und Dioden Di1 und Di2 auf, welche in den ersten und zweiten Modulen Dioden sind. In 3 sind IGBTs als die Transistoren Tr1 und Tr2 dargestellt.
  • Das Leistungshalbleitermodul 101, welches ein Halbleitermodul mit der 2-in-1-Konfiguration ist, weist auf: einen Kollektor-Anschluss C1, welcher ein erster externer Anschluss ist; einen Emitter-Anschluss E2, welcher ein zweiter externer Anschluss ist; einen Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1, welcher ein dritter externer Anschluss ist; einen Anschluss G1; und einen Anschluss G2 als externe Anschlüsse.
  • Die Transistoren Tr1 und Tr2 sind zwischen dem Kollektor-Anschluss C1 und dem Emitter-Anschluss E2 in Reihe verbunden, sodass Kollektoren dieser in der Seite des Kollektor-Anschlusses C1 und Emitter dieser in der Seite des Emitter-Anschlusses E2 sind. Die Dioden Di1 und Di2 sind vorgesehen, um den Transistoren Tr1 und Tr2 zu entsprechen und sind umgekehrt angeschlossen, sodass Anoden dieser in der Seite des Emitter-Anschlusses E2 sind.
  • Daher sind der Kollektor des Transistors Tr1 und eine Kathode der Diode Di1 mit dem Kollektor-Anschluss C1 verbunden; der Emitter des Transistors Tr1, die Anode der Diode Di1, der Kollektor des Transistors Tr2 und eine Kathode der Diode Di2 sind mit dem Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 verbunden; und der Emitter des Transistors Tr2 und die Anode der Diode Di2 sind mit dem Emitter-Anschluss E2 verbunden. Die Anschlüsse G1 und G2 sind mit Gates der Transistoren Tr1 und Tr2 verbunden. Der vorstehend beschriebene Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 dient als ein Verbindungspunkt zwischen den Dioden Di1 und Di2 und zwischen den Transistoren Tr1 und Tr2.
  • Auf diese Weise weist das Leistungshalbleitermodul 101, welches die 2-in-1-Konfiguration aufweist, eine die Transistoren Tr1 und Tr2 und die Dioden Di1 und Di2 umfassende Schaltelementgruppe auf.
  • 4 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls 102 darstellt, welches eine 2-in-1-Konfiguration aufweist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 102 weist in seinem Inneren einen Transistor Tr1, welcher ein Schaltelement in einem ersten Modul ist, und Dioden Di1 und Di2 auf, welche in den ersten und zweiten Modulen Dioden sind.
  • Ähnlich zum Leistungshalbleitermodul 101 weist das Leistungshalbleitermodul 102, welches ein Halbleitermodul mit der 2-in-1-Konfiguration ist, auf: einen Kollektor-Anschluss C1, welcher ein erster externer Anschluss ist; einen Emitter-Anschluss E2, welcher ein zweiter externer Anschluss ist; einen Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1, welcher ein dritter externer Anschluss ist; und einen Anschluss G1 als externe Anschlüsse.
  • Die Dioden Di1 und Di2 sind zwischen dem Kollektor-Anschluss C1 und dem Emitter-Anschluss E2 in Reihe verbunden, sodass Anoden dieser in der Seite des Emitter-Anschlusses E2 sind. Der Transistor Tr1 ist mit der Diode Di1 parallel geschaltet, ein Kollektor dessen ist mit dem Kollektor-Anschluss C1 verbunden und ein Emitter dessen ist mit dem Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 verbunden.
  • Auf diese Weise weist das Leistungshalbleitermodul 102 mit der 2-in-1-Konfiguration eine den Transistor Tr1 und die Dioden Di1 und Di2 umfassende Schaltelementgruppe auf. Mit anderen Worten ist das Leistungshalbleitermodul 102 die Konfiguration, in welcher der Transistor Tr2 und der Anschluss G2 in dem in 3 dargestellten Leistungshalbleitermodul 101 weggelassen werden. Daher ist, wenn der Transistor Tr2 in dem in 3 dargestellten Leistungshalbleitermodul 101 in einen Aus-Zustand versetzt wird, das Leistungshalbleitermodul 101 äquivalent zum in 4 dargestellten Leistungshalbleitermodul 102.
  • 5 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls 103 mit einer 2-in-1-Konfiguration darstellt.
  • Das Leistungshalbleitermodul 103 weist in seinem Inneren einen Transistor Tr2, welcher ein Schaltelement in einem zweiten Modul ist, und Dioden Di1 und Di2 auf, welche in den ersten und zweiten Modulen Dioden sind.
  • Ähnlich zu den Leistungshalbleitermodulen 101 und 102 weist das Leistungshalbleitermodul 103, welches ein Halbleitermodul mit der 2-in-1-Konfiguration ist, einen Kollektor-Anschluss C1, einen Emitter-Anschluss E2, einen Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 und einen Anschluss G2 als externe Anschlüsse auf.
  • Die Dioden Di1 und Di2 sind zwischen dem Kollektor-Anschluss C1 und dem Emitter-Anschluss E2 in Reihe geschaltet, sodass Anoden dieser in der Seite des Emitter-Anschlusses E2 sind. Der Transistor Tr2 ist mit der Diode Di2 parallel geschaltet, ein Kollektor dessen ist mit dem Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 verbunden und ein Emitter dessen ist mit dem Emitter-Anschluss E2 verbunden.
  • Auf diese Weise weist das Leistungshalbleitermodul 103 mit der 2-in-1-Konfiguration eine den Transistor Tr2 und die Dioden Di1 und Di2 umfassende Schaltelementgruppe auf. Mit anderen Worten ist das Leistungshalbleitermodul 103 die Konfiguration, in welcher der Transistor Tr1 und der Anschluss G1 in dem in 3 dargestellten Leistungshalbleitermodul 101 weggelassen werden. Daher ist, wenn der Transistor Tr1 in dem in 3 dargestellten Leistungshalbleitermodul 101 in einen Aus-Zustand versetzt wird, das Leistungshalbleitermodul 101 äquivalent zu dem in 5 dargestellten Leistungshalbleitermodul 103.
  • Die Schaltelementgruppen der Leistungshalbleitermodule 101 bis 103 haben gemeinsam, dass die Dioden Di1 und Di2, welche in Reihe geschaltet sind, sodass die Anoden dieser in der Seite des Emitter-Anschlusses E2 sind, und mindestens ein modulinternes Schaltelement, welches mit mindestens einer der Dioden Di1 und Di2 parallel geschaltet ist, zwischen dem Kollektor-Anschluss C1 und dem Emitter-Anschluss E2 enthalten sind.
  • Die Transistoren Tr1 und Tr2 in dem Leistungshalbleitermodul 101, der Transistor Tr1 in dem Leistungshalbleitermodul 102 und der Transistor Tr2 in dem Leistungshalbleitermodul 103 entsprechen dem vorstehend beschriebenen mindestens einen modulinternen Schaltelement.
  • 25 ist ein Schaltbild, welches ein herkömmliches Modulzuordnungsmittel darstellt, welches die in 1 dargestellte Inverterschaltung 60 durch Verwenden des in 3 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 101 realisiert.
  • Wie in diesem Diagramm dargestellt ist die Schaltung in einen Teilschaltungsteil 30A, welcher die Transistoren Q1 und Q2 und die Dioden D1 und D2 umfasst, einen Teilschaltungsteil 30B, welcher die Transistoren Q3 und Q4 und die Dioden D3 und D4 umfasst, und einen Teilschaltungsteil 30C aufgeteilt, welcher die Dioden D5 und D6 umfasst; und die drei Leistungshalbleitermodule 101 sind den Teilschaltungsteilen 30A bis 30C zugeordnet. Im Folgenden werden Zuordnungsmittel im Detail beschrieben.
  • Bezüglich dem Teilschaltungsteil 30A sind die Transistoren Tr1 und Tr2 des Leistungshalbleitermoduls 101 den Transistoren Q1 und Q2 zugeordnet und die Dioden Di1 und Di2 sind den Dioden D1 und D2 zugeordnet.
  • Bezüglich dem Teilschaltungsteil 30B sind die Transistoren Tr1 und Tr2 des Leistungshalbleitermoduls 101 den Transistoren Q3 und Q4 zugeordnet und die Dioden Di1 und Di2 sind den Dioden D3 und D4 zugeordnet.
  • Bezüglich dem Teilschaltungsteil 30C sind die Dioden Di1 und Di2 des Leistungshalbleitermoduls 101 den Dioden D5 und D6 zugeordnet. In diesem Fall sind die Transistoren Tr1 und Tr2 deaktiviert. Bezüglich dem Teilschaltungsteil 30C können das Leistungshalbleitermodul 102 oder das Leistungshalbleitermodul 103 anstelle des Leistungsmoduls 101 verwendet werden, oder ein Leistungshalbleitermodul, welches nur Dioden aufweist, kann verwendet werden.
  • In einem Fall, in welchem die Zuordnung auf die vorstehend beschriebene Weise durchgeführt wird, dienen der Potentialanschluss P als der Kollektor-Anschluss C1 des Leistungshalbleitermoduls 101 für den Teilschaltungsteil 30A und der Potentialanschluss N als der Anschluss des Emitter-Anschlusses E2 des Leistungshalbeitermoduls 101 für den Teilschaltungsteil 30B.
  • 1, 2 und 25 werden der Einfachheit halber durch Stromkreissymbole dargestellt. Allerdings sind in einem Fall, in welchem die Stromkreissymbole durch Parallelschalten einer Mehrzahl von Leistungshalbleitermodulen gebildet werden, die parallel geschalteten Halbleitermodule (2-in-1) im Allgemeinen zusammen angeordnet.
  • 6 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Konfiguration einer Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 schematisch darstellt, welche das in 3 dargestellte Leistungshalbleitermodul 101 als eine Schaltungsvorrichtung realisiert.
  • Wie in diesem Diagramm dargestellt ist das in 3 dargestellte Leistungshalbleitermodul 101 in einem Gehäuse 65 vorgesehen. Ein mit dem Kollektor des Transistors Tr1 verbundener Anschluss 11 ist mit dem Kollektor-Anschluss C1, welcher der erste externe Anschluss ist, elektrisch verbunden und ein mit dem Emitter des Transistors Tr2 verbundener Anschluss 10 ist mit dem Emitter-Anschluss E2, welcher der zweite externe Anschluss ist, elektrisch verbunden.
  • Des Weiteren ist der Emitter des Transistors Tr1 mit dem Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 einer ersten Seite über einen Anschluss 7 elektrisch verbunden und ist mit dem Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 einer zweiten Seite über einen Anschluss 8 elektrisch verbunden. Genauer ausgedrückt sind in der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 zwei dritte externe Anschlüsse vorhanden, ist der mit dem Anschluss 7 elektrisch verbundene Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 als der dritte externe Anschluss der ersten Seite vorgesehen und ist der mit dem Anschluss 8 elektrisch verbundene Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 als der dritte externe Anschluss der zweiten Seite vorgesehen.
  • Ein Thermistor 15 ist zwischen den Anschlüssen 1 und 2 vorgesehen. Ein Anschluss 3 ist ein Signalanschluss für das Gate des Transistors Tr1, ein Anschluss 4 ist ein Signalanschluss für den Emitter des Transistors Tr1, ein Anschluss 5 ist ein Signalanschluss für den Kollektor des Transistors Tr1, ein Anschluss 12 ist ein Signalanschluss für das Gate des Transistors Tr2 und ein Anschluss 13 ist ein Signalanschluss für den Emitter des Transistors Tr2.
  • In der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 sind der Kollektor-Anschluss C1 und der Emitter-Anschluss E2 in einer Seite einer ersten Seitenfläche vorgesehen, welche in der linken Seite des Diagramms ist, und der Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite sind auf einer zweiten Seitenfläche, welche der ersten Seitenfläche gegenüberliegt, in der rechten Seite des Diagramms vorgesehen.
  • (Details über Probleme herkömmlicher Verfahren)
  • 26 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine planare Konfiguration einer herkömmlichen Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration durch Verwenden der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 realisiert wird.
  • In 26 weist jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B und vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C die gleiche Konfiguration wie die in 6 dargestellte Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 auf.
  • Die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A sind den in 25 dargestellten Teilschaltungsteilen 30A jeweils zugeordnet. In einer Modulvorrichtungsgruppe 200A sind die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A kollektiv angeordnet, wobei die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite des Diagramms angeordnet sind, um dem Teil-A zugeordnet zu sein. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss P elektrisch verbunden sein und der Emitter-Anschluss E2 mit dem Ausgabepotentialanschluss AC elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein.
  • Andererseits sind die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B den in 25 dargestellten Teilschaltungsteilen 30B jeweils zugeordnet. In dem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200B, welche in der unteren Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A positioniert ist, die ersten Seitenflächen, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, kollektiv in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet, sodass die Vorrichtungen dem Teil-B zugeordnet sind. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Ausgabepotentialanschluss AC elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss N elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seiten mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren sind die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C den in 25 dargestellten Teilschaltungsteilen 30C jeweils zugeordnet. In dem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200C, welche in der linken Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A angeordnet ist, die ersten Seitenflächen, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, kollektiv in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet, sodass die Vorrichtungen dem Teil-C zugeordnet sind. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren ist eine Sammelschiene 51 in einem Beriech zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200A, der Modulvorrichtungsgruppe 200B und der Modulvorrichtungsgruppe 200C vorgesehen, eine Sammelschiene 52 in einem Bereich in der rechten Seite der Modulvorrichtungsgruppen 200A und 200B in dem Diagramm vorgesehen und eine Sammelschiene 53 in einem Bereich in der linken Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200C vorgesehen.
  • 27 und 28 sind ein Schaltungsdiagramm und ein erläuterndes Diagramm, welche Konfigurationen einer in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offengelegten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung darstellen. 27 und 28 sind die Diagramme, welche der 8 und 9 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 äquivalent sind und sind mit teilweise geänderten Bezugszeichen dargestellt. In 27 dargestellte Bezugszeichen 301 bis 306 und 309 bis 312 entsprechen den in 8 der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 dargestellten Bezugszeichen 1 bis 6 und 9 bis 12.
  • Die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarte Wandlervorrichtung elektrischer Leistung weist die Konfiguration auf, welche eine dreistufige Wandlervorrichtung elektrischer Leistung unter Verwendung des in 3 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 101 realisiert. In 27 sind „MD5“ bis „MD7“ Halbleitermodule zum Realisieren der Teilschaltungsteile 30A bis 30C der 25.
  • 28 stellt eine Modulanordnung und einen Verdrahtungsaufbau eines Falls dar, in welchem drei Halbleitermodule parallel geschaltet sind. In dem Diagramm wird jedes der drei parallelen Halbleitermodule MD5a bis MD5c für das Halbleitermodul MD5, der drei parallelen Halbleitermodule MD6a bis MD6c für das Halbleitermodul MD6 und der drei parallelen Halbleitermodule MD7a bis MD7c für das Halbleitermodul MD7 durch Verwenden des in 3 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 101 realisiert.
  • In 28 repräsentieren „207a“ bis „207c“ Spannungsklemm-Snubber. „UB2“ repräsentiert eine Wechselstromanschlussverdrahtungsschiene, „UPB2“ und „UNB2“ repräsentieren Verdrahtungsschienen von Neutralpunkt-Klemmdiodenschaltungen und „MB2“ repräsentiert eine Verdrahtungsschiene einer Null-Elektrode und verbindet die parallel geschalteten Halbleitermodule.
  • Um Verdrahtungsinduktanz zu verringern und eine Stoßspannung effektiv zu beschränken, ist das Halbleitermodul MD7a, mit welchem der Snubber 207a verbunden ist, zwischen den Halbleitermodulen MD6a und MD5a vorgesehen. In ähnlicher Weise ist das Halbleitermodul MD7b, mit welchem der Snubber 207b verbunden ist, zwischen den Halbleitermodulen MD6b und MD5b vorgesehen und das Halbleitermodul MD7c, mit welchem der Snubber 207c verbunden ist, ist zwischen den Halbleitermodulen MD6c und MD5c vorgesehen.
  • Außerdem sind in der in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offengelegten und in 27 und 28 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung Leistungshalbleitermodule, welche die 2-in-1-Konfiguration aufweisen, den Teilschaltungsteilen 30A bis 30C der 25 jeweils zugeordnet, um eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung, welche eine Inverterschaltung der Dreistufen-I-Typ-Inverterkonfiguration aufweist, durch Verwendung der Leistungshalbleitermodule zu realisieren, welche die 2-in-1-Konfiguration aufweisen. Daher weist sie eine planare Konfiguration auf, welche praktisch äquivalent zu der in 26 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung ist.
  • Die durch 26 typisierte herkömmliche Wandlervorrichtung elektrischer Leistung weist eine Problematik darin auf, dass Stoßspannungen aufgrund einer Zunahme der Verdrahtungsinduktanz exzessiv erzeugt werden. Des Weiteren weist sie das Problem auf, dass zum Beispiel der Betriebsbereich der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung aufgrund der Erzeugung der exzessiven Stoßspannungen beschränkt werden muss. Andererseits gab es eine Problematik darin, dass Snubberschaltungen separat montiert werden müssen, um die exzessiven Stoßspannungen zu beschränken, was zu Zunahmen der Größe und Kosten der Vorrichtung führt.
  • Gemäß den in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 , welche in 27 und 28 dargestellt ist, offengelegten herkömmlichen Verfahren, wenn Strompfade berücksichtigt werden, sind ein Strompfad von dem Potentialanschluss P zum Potentialanschluss C, ein Strompfad von dem Potentialanschluss C zum Potentialanschluss N und ein Strompfad von dem Zwischenverbindungsanschluss M1 über den Ausgabepotentialanschluss AC zum Zwischenverbindungsanschluss M2, welche einander nahe angeordnet werden sollen, um Aufhebungseffekte für elektromagnetische Felder in Strompfaden in Vorwärts-/Abwärtsrichtung zu erhalten und Verdrahtungsinduktanz zu verringern, alle so angeordnet, dass sie eine Form einer großen Schlaufe aufweisen. Daher wird die Verdrahtungsinduktanz der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung erhöht und es gibt eine Problematik darin, dass Vorteile eines dreistufigen Inverters nicht voll genutzt werden können. Wenn Verdrahtungsschienen, welche eine Konfiguration aufweisen, in welcher ihre Anzahl erhöht und sie zum Abdecken der Gesamtheit der vorstehend beschriebenen Mehrzahl von Strompfaden überlappend sind, zum Lösen der vorstehend beschriebenen Problematik bereitgestellt werden, werden die Verdrahtungsschienen mehr als dreilagig, die Formen dieser werden komplex und die Herstellung dieser wird schwierig; daher werden Zunahmen des Gewichtes und der Kosten der Vorrichtung verursacht.
  • Genauer ausgedrückt, wenn die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2013-59248 offenbarte Wandlervorrichtung elektrischer Leistung unter Verwendung der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 gebildet wird, muss, da die Verdrahtungszuordnung der in 25 dargestellten Teilschaltungsteilen 30A bis 30C verwendet wird, die Sammelschiene 51 in mindestens vier Lagen für den Ausgabepotentialanschluss AC, für den Potentialanschluss P, für den Potentialanschluss N und für den Potentialanschluss C gebildet werden, wobei die Anzahl der einzelnen Lagen erhöht wird. Außerdem gibt es ebenfalls eine Problematik darin, dass es schwierig wird, Verdrahtung von dem Ausgabepotentialanschluss AC zu einer Last durch eine andere Lage als die Lage des Ausgabepotentialanschlusses AC unter den vier Lagen bereitzustellen.
  • Da die herkömmliche Wandlervorrichtung elektrischer Leistung, welche die Inverterschaltung der Dreistufen-I-Typ-Inverterkonfiguration aufweist, wie in 26 auf diese Weise gebildet wird, sind, wie nachfolgend detailliert beschrieben, Strom-Vorwärtspfade und Strom-Rückwärtspfade von Bankkapazitäten 16 und 17, welche durch die Sammelschiene 51 elektrisch verbunden sind, an den Positionen angeordnet, welche einen vergleichsweise großen Abstand haben, sodass gegenseitige Auslöscheffekte dieser nicht erwartet werden können. Daher weist die herkömmliche Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eine Problematik darin auf, dass in mindestens einem der Vorgänge eines Erzeugungsvorgangs und eines Regenerationsvorgangs die Schaltungsinduktanz in einer Stromschleife zunimmt, in welcher Stromänderungen (di/dt) zusammen mit Schaltvorgängen der Transistoren Q1 bis Q4 stattfinden. Eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der Erfindung der vorliegenden Anmeldung löst die Probleme.
  • <Erste bevorzugte Ausführungsform>
  • (Grundsätze der Erfindung)
  • 7 ist ein Schaltbild, welches Modulzuordnungsmittel der Erfindung der vorliegenden Anmeldung darstellt, welche die in 1 dargestellte Inverterschaltung 60 unter Verwendung der in 3 bis 5 dargestellten Leistungshalbleitermodule 101 bis 103 realisiert.
  • Wie in diesem Diagramm dargestellt ist die Schaltung aufgeteilt in: einen Teilschaltungsteil 20A, welcher den Transistor Q1, die Diode D1 und die Diode D5 umfasst; einen Teilschaltungsteil 20B, welcher den Transistor Q4 und die Dioden D4 und D6 umfasst; und einen Teilschaltungsteil 20C, welcher die Transistoren Q2 und Q3 und die Dioden D2 und D3 umfasst; und drei Leistungshalbleitermodule 101 sind den Teilschaltungsteilen 20A bis 20C zugeordnet. Im Folgenden werden die Zuordnungsmittel im Detail beschrieben.
  • Bezüglich dem Teilschaltungsteil 20A ist der Transistor Tr1 des Leistungshalbleitermoduls 101 oder des Leistungshalbleitermoduls 102 dem Transistor Q1 und die Dioden Di1 und Di2 den Dioden D1 und D5 zugeordnet.
  • Bezüglich dem Teilschaltungsteil 20B sind die Dioden Di1 und Di2 des Leistungshalbleitermoduls 101 oder des Leistungshalbleitermoduls 103 den Dioden D6 und D4 zugeordnet und der Transistor Tr2 dem Transistor Q4 zugeordnet.
  • Bezüglich dem Teilschaltungsteil 20C sind die Transistoren Tr1 und Tr2 des Leistungshalbleitermoduls 101 den Transistoren Q2 und Q3 und die Dioden Di1 und Di2 den Dioden D2 und D3, welche zweite und dritte Dioden sind, zugeordnet.
  • In einem Fall, in welchem die Zuordnung auf die vorstehend beschriebene Weise durchgeführt wird, dient der Potentialanschluss P als der Kollektor-Anschluss C1 des Leistungshalbleitermoduls 101 oder 102 für den Teilschaltungsteil 20A und der Potentialanschluss N dient als der Anschluss des Emitter-Anschlusses E2 des Leistungshalbleitermoduls 101 oder 103 für den Teilschaltungsteil 20B.
  • Des Weiteren dient der Potentialanschluss C als der Emitter-Anschluss E2 des Leistungshalbleitermoduls 101 oder 102 für den Teilschaltungsteil 20A und dient als der Kollektor-Anschluss C1 des Leistungshalbleitermoduls 101 oder 103 für den Teilschaltungsteil 20B.
  • Außerdem dient der Ausgabepotentialanschluss AC als der Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 des Leistungshalbleitermoduls 101 für den Teilschaltungsteil 20C.
  • Auf diese Weise ist die Erfindung der vorliegenden Anmeldung dadurch charakterisiert, dass die Leistungshalbleitermodule 101 bis 103 den Teilschaltungsteilen 20A bis 20C der 7 zugeordnet werden.
  • (Vergleichsverfahren)
  • (Erstes Vergleichsverfahren)
  • 8 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine planare Konfiguration eines ersten Vergleichsverfahrens einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration durch Verwendung der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 realisiert wird.
  • 9 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine Schaltungskonfiguration schematisch darstellt, welche der in 8 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung äquivalent ist. Wie in diesem Diagramm dargestellt ist mit Bezug auf die in 1 dargestellte Inverterschaltung 60 eine P-Sammelschiene 40P mit dem Potentialanschluss P elektrisch verbunden, eine N-Sammelschiene 40N mit dem Potentialanschluss N elektrisch verbunden, eine C-Sammelschiene 40C mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden, eine M1-Sammelschiene 40M1 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden und eine M2-Sammelschiene 40M2 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden.
  • Die Bankkapazität 16, welche eine höherstufige Bankkapazität ist, wird zwischen der P-Sammelschiene 40P und der C-Sammelschiene 40C eingeführt und die Bankkapazität 17, welche eine niederstufige Bankkapazität ist, wird zwischen der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N eingeführt.
  • DC/AC-Umwandlungen sind grundsätzliche Vorgänge der Vorgänge der Inverterschaltung; wobei die Bankkapazitäten 16 und 17 zum Stabilisieren der DC-Spannung einer Seite der Inverter-Eingabe erforderlich sind und das Potential der C-Sammelschiene 40C wird zum Zwischenpotential des Potentials der P-Sammelschiene 40P und des Potentials der N-Sammelschiene 40N.
  • Mit Bezug auf 8 haben die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C alle jeweils die gleiche Konfiguration wie die in 6 dargestellte Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100.
  • Jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A wird dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20A zugeordnet. Die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A sind kollektiv in einer Modulvorrichtungsgruppe 200A angeordnet, wobei die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite des Diagramms angeordnet sind, um dem Teil-A zugeordnet zu sein. Daher muss in jedem der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss P elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein.
  • Andererseits ist jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20B zugeordnet. In diesem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200B, welche in der unteren Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A positioniert ist, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B kollektiv angeordnet, wobei die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet sind, um dem Teil-B zugeordnet zu sein. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss N elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren ist jedes der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20C zugeordnet. In dem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200C, welche in der rechten Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A positioniert ist, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C kollektiv angeordnet, wobei die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet sind, um dem Teil-C zugeordnet zu sein. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein und der Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Ausgabepotentialanschluss AC elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren sind eine Sammelschiene 42 in einem Bereich zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200A, der Modulvorrichtungsgruppe 200B und der Modulvorrichtungsgruppe 200C und eine Sammelschiene 41 vorgesehen, welche in der unteren Seite in dem Diagramm von einem Bereich in der linken Seite der Modulvorrichtungsgruppen 200A und 200B in dem Diagramm gebogen ist, sich in die untere Seite der Sammelschiene 42 in dem Diagramm erstreckt und einen distalen Endteil aufweist, welcher in der rechten Seite der Sammelschiene 42 positioniert ist.
  • Die Sammelschiene 41 wird durch einen in 9 dargestellten dreilagigen Aufbau aus der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der C-Sammelschiene 40C über der P-Sammelschiene 40P mittels einer Isolierschicht und Anordnen der N-Sammelschiene 40N über der C-Sammelschiene 40C mittels einer Isolierschicht realisiert. Die P-Sammelschiene 40P, die C-Sammelschiene 40C und die N-Sammelschiene 40N können so gestapelt werden, dass sie durch eine geschichtete Konfiguration in einer planaren Ansicht überlappen oder können mittels der Isolierschichten so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht voneinander getrennt sind, ohne dass sie in der planaren Ansicht überlappend sind. In dem distalen Endteil der Sammelschiene 41 sind die Bankkapazitäten 16 und 17 so vorgesehen, dass sie sich in der planaren Ansicht überlappen. Die Sammelschiene 41 und die Bankkapazitäten 16 und 17 werden auf unterschiedlichen Höhen gebildet.
  • Die Stapelkonfiguration der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N kann auch über Isolatoren wie etwa Isolierpapier realisiert werden. Mit Berücksichtigung der Aufhebungseffekte elektromagnetischer Felder in Vorwärtspfaden und Rückwärtspfaden von Strömen ist die überlappende Anordnung der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N wünschenswert, um die C-Sammelschiene 40C als eine Zwischenschicht der P-Sammelschiene 40P und der N-Sammelschiene 40N anzuordnen, jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Die P-Sammelschiene 40P ist mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden, die C-Sammelschiene 40C ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und die N-Sammelschiene 40N ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden.
  • Wenn die P-Sammelschiene 40P, die C-Sammelschiene 40C und die N-Sammelschiene 40N so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht durch die geschichtete Konfiguration überlappend sind, können Öffnungen in der P-Sammelschiene 40P und der C-Sammelschiene 40C passend bereitgestellt werden, um durch die Öffnungen elektrische Verbindungen mit der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N, welche obere Schichten sind, einzurichten.
  • Die Sammelschiene 42 wird durch einen in 9 dargestellten zweilagigen Aufbau aus der M1-Sammelschiene 40M1 und M2-Sammelschiene 40M2 realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der M2-Sammelschiene 40M2 über der M1-Sammelschiene 40M1 mittels einer Isolierschicht realisiert. Die M1-Sammelschiene 40M1 und die M2-Sammelschiene 40M2 können so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht durch eine geschichtete Konfiguration überlappend sind oder können so gestapelt werden, dass in der planaren Ansicht voneinander getrennt sind, ohne dass sie in der planaren Ansicht überlappend sind.
  • Die M1-Sammelschiene 40M1 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden und ist mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • Die M2-Sammelschiene 40M2 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • Wenn die M1-Sammelschiene 40M1 und die M2-Sammelschiene 40M2 so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht durch die geschichtete Konfiguration überlappend sind, können Öffnungen in der M1-Sammelschiene 40M1 passend bereitgestellt werden, um durch die Öffnung eine elektrische Verbindung mit der M2-Sammelschiene 40M2, welche eine obere Schicht ist, einzurichten.
  • (Zweites Vergleichsverfahren)
  • 10 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine planare Konfiguration eines zweiten Vergleichsverfahrens einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration unter Verwendung der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 realisiert wird.
  • Die in 9 dargestellte Konfiguration sowie das erste Vergleichsverfahren sind Schaltungskonfigurationen, welche zur in 10 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung äquivalent sind.
  • In 10 weisen die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C alle jeweils die gleiche Konfiguration auf wie die in 6 dargestellte Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100.
  • Jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A ist dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20A zugeordnet. Die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A sind kollektiv in einer Modulvorrichtungsgruppe 200A angeordnet und dem Teil-A zugeordnet, wobei die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet sind. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss P elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein.
  • Andererseits ist jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20B zugeordnet. In dem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200B, welche in der rechten Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A über der nachfolgend beschriebenen Sammelschiene 44 positioniert ist, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B kollektiv angeordnet, wobei die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der rechten Seite in dem Diagramm angeordnet sind, um dem Teil-B zugeordnet zu sein. Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss N elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren ist jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20C zugeordnet. In dem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200C, welche in der unteren Seite der Modulvorrichtungsgruppen 200A und 200B positioniert ist, die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C unter den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der linken Seite der Sammelschiene 44 angeordnet und die anderen zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C sind in der rechten Seite der Sammelschiene 44 angeordnet, um dem Teil-C zugeordnet zu sein. Diesbezüglich sind die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der linken Seite der Sammelschiene 44 so angeordnet, dass die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der rechten Seite in dem Diagramm angeordnet sind und die anderen zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der rechten Seite der Sammelschiene 44 sind so angeordnet, dass die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet sind.
  • Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Ausgabepotentialanschluss AC elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren ist die Sammelschiene 44 zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200A mit den zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C und der Modulvorrichtungsgruppe 200B mit den anderen zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C vorgesehen.
  • Eine Sammelschiene 43, welche die Sammelschienenabschnitte 43a bis 43c aufweist, ist vorgesehen. Der Sammelschienenabschnitt 43a ist in dem Diagramm in der linken Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A gebildet, der Sammelschienenabschnitt 43b ist in dem Diagramm in der rechten Seite in der Modulvorrichtungsgruppe 200B gebildet und der Sammelschienenabschnitt 43c ist mit den Sammelschienenabschnitten 43a und 43b gekoppelt und ist in dem Diagramm in der oberen Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200A, der Sammelschiene 44 und der Modulvorrichtungsgruppe 200B gebildet.
  • Der Sammelschienenabschnitt 43a der Sammelschiene 43 wird durch den in 9 dargestellten zweilagigen Aufbau aus der P-Sammelschiene 40P und der C-Sammelschiene 40C realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der C-Sammelschiene 40C über der P-Sammelschiene 40P mittels einer Isolierschicht realisiert.
  • Der Sammelschienenabschnitt 43b der Sammelschiene 43 wird durch den in 9 dargestellten zweilagigen Aufbau aus der N-Sammelschiene 40N und der C-Sammelschiene 40C realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der N-Sammelschiene 40N über der C-Sammelschiene 40C mittels einer Isolierschicht realisiert.
  • Der Sammelschienenabschnitt 43c der Sammelschiene 43 wird durch den in 9 dargestellten dreilagigen Aufbau aus der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der C-Sammelschiene 40C über der P-Sammelschiene 40P mittels einer Isolierschicht und Anordnen der N-Sammelschiene 40N über der C-Sammelschiene 40C mittels einer Isolierschicht realisiert. Bankkapazitäten 16 und 17 sind so vorgesehen, dass sie in einer planaren Ansicht den Sammelschienenabschnitt 43c überlappen. Der Sammelschienenabschnitt 43c der Sammelschiene 43 und die Bankkapazitäten 16 und 17 werden auf unterschiedlichen Höhen gebildet.
  • Die P-Sammelschiene 40P ist zwischen den Sammelschienenabschnitten 43a und 43c gekoppelt, die N-Sammelschiene 40N ist zwischen den Sammelschienenabschnitten 43b und 43c gekoppelt und die C-Sammelschiene 40C ist zwischen den Sammelschienenabschnitten 43a bis 43c gekoppelt.
  • Die P-Sammelschiene 40P ist mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden, die C-Sammelschiene 40C ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und den Kollektor-Anschlüssen C1 der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und die N-Sammelschiene 40N ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden.
  • Die Sammelschiene 44 wird durch den in 9 dargestellten zweilagigen Aufbau aus der M1-Sammelschiene 40M1 und der M2-Sammelschiene 40M2 realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der M2-Sammelschiene 40M2 über der M1-Sammelschiene 40M1 mittels einer Isolierschicht realisiert.
  • Die M1-Sammelschiene 40M1 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden ist mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • Die M2-Sammelschiene 40M2 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch Verbunden und ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • (Spezielle Konfiguration der ersten bevorzugten Ausführungsform)
  • 11 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine planare Konfiguration einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Vorrichtung durch eine 4-Parallel-Konfiguration unter Verwendung der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 realisiert wird.
  • Die in 9 dargestellte Konfiguration sowie das erste und zweite Vergleichsverfahren sind Schaltungskonfigurationen, welche zur in 11 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung äquivalent sind.
  • In 11 weisen die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C alle jeweils die gleiche Konfiguration wie die in 6 dargestellte Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100.
  • Jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, welche einer Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen entsprechen, ist dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20A zugeordnet. Jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B, welche einer Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen entsprechen, ist dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20B zugeordnet.
  • Wie in 11 dargestellt sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B in einzelnen Einheiten in einer Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm abwechselnd angeordnet. Genauer ausgedrückt sind in der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A an einem ersten Ort L1 einer linken Spalte und einem dritten Ort L3 der linken Spalte und die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B an einem zweiten Ort L2 der linken Spalte und einem vierten Ort L4 der linken Spalte angeordnet.
  • In der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 sind beide der zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und der zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B so angeordnet, dass die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet sind.
  • Des Weiteren sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200AB2, welche in der rechten Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 über eine nachfolgend beschriebene Sammelschiene 46 positioniert ist, die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B in einzelnen Einheiten in einer Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm abwechselnd angeordnet. Genauer ausgedrückt sind in der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B an einem ersten Ort R1 einer rechten Spalte und einem dritten Ort R3 der rechten Spalte und die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A an einem zweiten Ort R2 der rechten Spalte und einem vierten Ort R4 der rechten Spalte angeordnet.
  • In der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 sind beide der zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und der zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B so angeordnet, dass die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der rechten Seite in dem Diagramm angeordnet sind.
  • Auf diese Weise ordnet die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B auf eine gemischte Weise in den Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 an.
  • Die Halbleitervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform ist durch das gemischte Anordnen einer einzelnen Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und einer einzelnen Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B charakterisiert, welche entlang der Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm zwischen den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100, welche dem Teil-A zugeordnet sind, und den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B, welche dem Teil-B zugeordnet sind, abwechselnd angeordnet sind.
  • Des Weiteren ist die vorstehend beschriebene gemischte Anordnung eine aufgeteilte gemischte Anordnung, in welcher die Vorrichtungen in die Modulvorrichtungsgruppe 200AB1, welche als eine erste Spalte dient, und die Modulvorrichtungsgruppe 200AB2, welche als eine zweite Spalte dient, aufgeteilt werden.
  • In jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A muss der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss P elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein.
  • Andererseits muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss N elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren ist jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C, welche einer Mehrzahl von dritten Halbleitermodulen entsprechen, dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20C zugeordnet. In dem Diagramm sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200C, welche in der unteren Seite der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 positioniert ist, die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C unter den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der linken Seite der Sammelschiene 46 angeordnet und die anderen zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der rechten Seite der Sammelschiene 46 angeordnet, um dem Teil-C zugeordnet zu sein. Diesbezüglich sind die zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der linken Seite der Sammelschiene 46 so angeordnet, dass die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der rechten Seite in dem Diagramm angeordnet sind und die anderen zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in der rechten Seite der Sammelschiene 46 so angeordnet, dass die ersten Seitenflächen dieser, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm angeordnet sind.
  • Daher muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Ausgabepotentialanschluss AC elektrisch verbunden sein.
  • Des Weiteren ist die Sammelschiene 46 zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 mit den zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C und der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 mit den anderen zwei Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C vorgesehen.
  • Eine Sammelschiene 45, welche Sammelschienenabschnitte 45a bis 45c aufweist, ist vorgesehen. Der Sammelschienenabschnitt 45a ist in dem Diagramm in der linken Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 gebildet, der Sammelschienenabschnitt 45b ist in dem Diagramm in der rechten Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 gebildet und der Sammelschienenabschnitt 45c ist mit den Sammelschienenabschnitten 45a und 46 gekoppelt und in dem Diagramm in der oberen Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1, der Sammelschiene 46 und der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 gebildet. Bankkapazitäten 16 und 17 sind so vorgesehen, dass sie in einer planaren Ansicht den Sammelschienenabschnitt 45c überlappen. Der Sammelschienenabschnitt 45c der Sammelschiene 45 und die Bankkapazitäten 16 und 17 werden auf unterschiedlichen Höhen gebildet.
  • Jeder der Sammelschienenabschnitte 45a bis 45c der Sammelschiene 45 wird durch den in 9 dargestellten dreilagigen Aufbau aus der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der C-Sammelschiene 40C über der P-Sammelschiene 40P mittels einer Isolierschicht und Anordnen der N-Sammelschiene 40N über der C-Sammelschiene 40C mittels einer Isolierschicht realisiert.
  • In jedem der Sammelschienenabschnitte 45a bis 45c der Sammelschiene 45 können die P-Sammelschiene 40P, die C-Sammelschiene 40C und die N-Sammelschiene 40N so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht durch eine geschichtete Konfiguration überlappen oder so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht voneinander getrennt sind, ohne dass sie in der planaren Ansicht überlappend sind.
  • Die P-Sammelschienen 40P sind unter den Sammelschienenabschnitten 45a bis 45c gekoppelt, die N-Sammelschienen 40N sind unter den Sammelschienenabschnitten 45a bis 45c gekoppelt und die C-Sammelschienen 40C sind unter den Sammelschienenabschnitten 45a bis 45c gekoppelt.
  • Die P-Sammelschienen 40P sind mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden, die C-Sammelschienen 40C sind mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und die N-Sammelschienen 40N sind mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden.
  • In einem Fall, in welchem die P-Sammelschiene 40P, die C-Sammelschiene 40C und die N-Sammelschiene 40N so gestapelt werden, dass in der planaren Ansicht durch die geschichtete Konfiguration überlappend sind, können Öffnungen in der P-Sammelschiene 40P und der C-Sammelschiene 40C, welche in der Seite der unteren Schicht sind, passend bereitgestellt werden, um elektrische Verbindungen mit der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N, welche in der Seite der oberen Schicht sind, über die Öffnungen einzurichten.
  • Die Sammelschiene 46 wird durch den in 9 dargestellten zweilagigen Aufbau aus der M1-Sammelschiene 40M1 und der M2-Sammelschiene 40M2 realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der M2-Sammelschiene 40M2 über der M1-Sammelschiene 40M1 mittels einer Isolierschicht realisiert. Die M1-Sammelschiene 40M1 und die M2-Sammelschiene 40M2 können so gestapelt werden, dass in der planaren Ansicht durch die geschichtete Konfiguration überlappend sind, oder so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht voneinander getrennt sind, ohne dass sie in der planaren Ansicht überlappend sind.
  • Die M1-Sammelschiene 40M1 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden und ist mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • Die M2-Sammelschiene 40M2 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • In einem Fall, in welchem die M1-Sammelschiene 40M1 und die M2-Sammelschiene 40M2 so gestapelt werden, dass sie durch die geschichtete Konfiguration in der planaren Ansicht überlappend sind, kann eine Öffnung in der M1-Sammelschiene 40M1, welche eine untere Schicht ist, passend bereitgestellt werden, um eine elektrische Verbindung durch die Öffnung mit der M2-Sammelschiene 40M2, welche eine obere Schicht ist, einzurichten.
  • Der Ausgabepotentialschluss AC, welcher mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden ist, ist ein mit einer Last verdrahteter Anschluss. Daher gibt es kein besonderes Bedürfnis für eine Maßnahme wie etwa das Verbinden aller Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 nahe beieinander, um eine niedrige Induktanz zu erhalten, die Mehrzahl von Kollektor-/Emitter-Anschlüssen C2E1 kann durch eine Sammelschiene oder dergleichen verbunden und gebündelt werden, oder jeder der Mehrzahl von Kollektor-/Emitter-Anschlüssen C2E1 kann mit der Last durch Drähte, Sammelschienen oder dergleichen einzeln verdrahtet werden.
  • (Auswirkungen)
  • Wie vorstehend beschrieben ordnet die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B den in 7 dargestellten Teilschaltungsteilen 20A und 20B zu. Diesbezüglich ist die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform durch das gemischte Anordnen der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B, ohne dass sie diese zusammen anordnet, sodass die einzelne Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und die einzelne Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B in jeder der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 abwechselnd angeordnet sind.
  • Die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform ist auf die vorstehend beschriebene Weise konfiguriert. Als ein Ergebnis davon werden Aufhebungseffekte elektromagnetischer Felder unter den Strompfaden erzeugt, welche von der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N typisiert werden, und eine Dreistufen-I-Typ-Inverterschaltung kann realisiert werden, in welcher die Schaltungsinduktanz in den Stromschleifen reduziert wird, in welchen Stromänderungen (di/dt) zusammen mit dem Schalten der Transistoren Q1 bis Q4 in Erzeugungsvorgängen und Regenerationsvorgängen auftreten.
  • 12 ist ein Graph, welcher Analyseergebnisse der Schaltungsinduktanz der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung des in 10 dargestellten zweiten Vergleichsverfahrens darstellt und 13 ist ein Graph, welcher Analyseergebnisse der Schaltungsinduktanz der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt. In 12 und 13 repräsentieren horizontale Achsen Frequenzen (Frequenzen; Einheit: GHz) und vertikale Achsen repräsentieren Schaltungsinduktanzwerte (Einheit: nH). Jede Frequenz ist das Reziproke der Umschaltzeit, welche zum Schalten zwischen AN und AUS in den Transistoren Q1 bis Q4 benötigt wird, genauer ausgedrückt das Reziproke der Zeit, welche für den Wechsel von dem Zustand der 16A, 17A, 18A oder 19A zum Zustand der 16B, 17B, 18B oder 19B benötigt wird, oder das Reziproke der Zeit, welche für den Wechsel von dem Zustand der 16B, 17B, 18B oder 19B zum Zustand der 16C, 17C, 18C oder 19C in jeder der Fig. 16A, 16B, 16C und 16D bis 19A, 19B, 19C und 19D benötigt wird.
  • 14 ist ein erläuterndes Diagramm, welches die bei normalen Schaltvorgängen fließenden Ströme beschreibt. 15 ist ein erläuterndes Diagramm (Nr. 2), welches die Stromschleifen beschreibt, welche die Ursachen der in 12 und 13 dargestellten Induktanzen L11 bis L14 sind.
  • Fig. 16A, 16B, 16C und 16D bis 19A, 19B, 19C und 19D sind erläuternde Diagramme, welche Details über die Stromänderungen darstellen, welche die in 15 dargestellten Stromschleifen erzeugen.
  • Nachfolgend werden mit Bezug auf die 12 bis 19A, 19B, 19C und 19D Vorgänge der Dreistufen-I-Typ-Inverterschaltung mit dem Fokus auf einen Arm beschrieben.
  • 14 stellt die Ströme in einer Hochpotential-Seite (Oberseite) und einer Niederpotential-Seite (Unterseite) beim normalen Schalten dar. Wie in diesem Diagramm dargestellt fließen in der Hochpotential-Seite ein Strom I1 zwischen dem Potentialanschluss P und dem Ausgabepotentialanschluss AC und ein Strom I2 zwischen dem Ausgabepotentialanschluss AC und dem Potentialanschluss C. Andererseits fließen in der Niederpotential-Seite ein Strom I3 zwischen dem Ausgabepotentialanschluss AC und dem Potentialanschluss N und ein Strom I4 zwischen dem Potentialanschluss C und dem Ausgabepotentialanschluss AC.
  • 15 stellt Spitzenstromschleifen beim Ausschalten oder bei der Erholung in einem Erzeugungsvorgang (Erzeugungsmodus) oder einem Regenerationsvorgang (Regenerationsmodus) getrennt dar.
  • Wie in diesem Diagramm dargestellt finden in dem Erzeugungsvorgang eine Stromänderung in einer Stromschleife I5 zwischen dem Potentialanschluss P und dem Potentialanschluss C in der Hochpotential-Seite und eine Stromänderung in einer Stromschleife I6 zwischen dem Potentialanschluss C und dem Potentialanschluss N in der Niederpotential-Seite statt. Andererseits finden in dem Regenerationsvorgang eine Stromänderung in einer Stromschleife I7 zwischen dem Potentialanschluss P und dem Potentialanschluss C in der Hochpotential-Seite und eine Stromänderung in einer Stromschleife I8 zwischen dem Potentialanschluss C und dem Potentialanschluss N in der Niederpotential-Seite statt.
  • Die 16A bis 16D sind die erläuternden Diagramme, welche die Stromschleife I5 in einem Stromentlademodus beschreiben, in welchem ein Strom von der Inverterschaltung beim Erzeugungsvorgang entladen wird, und die 17A bis 17D sind die erläuternden Diagramme, welche die Stromschleife I6 in einem Stromaufnahmemodus beschreiben, in welchem ein Strom beim Erzeugungsvorgang in die Inverterschaltung eingeführt wird.
  • Die 18A bis 18D sind die erläuternden Diagramme, welche die Stromschleife I8 in dem Stromentlademodus beschreiben, in welchem ein Strom von der Inverterschaltung beim Regenerationsvorgang entladen wird, und die 19A bis 19D sind die erläuternden Diagramme, welche die Stromschleife I7 in dem Stromaufnahmemodus beschreiben, in welchem ein Strom in einem Regenerationsvorgang in die Inverterschaltung eingeführt wird.
  • In den Fig. 16A, 16B, 16C und 16D bis 19A, 19B, 19C und 19D zeigen jeweils die 16A, 17A, 18A und 19A einen Fall eines An-Zustands, jeweils die 16B, 17B, 18B und 19B einen Fall einer erzeugten Stoßspannung in einem Fall des Ausschaltens, jeweils die 16C, 17C, 18C und 19C einen Fall einer erzeugten Erholungs-Stoßspannung in einem Fall des Ausschaltens und die 16D, 17D, 18D und 19D die Stromschleifen I5 bis I8, mit welchen Stromänderungen (di/dt) zusammen mit den in den 16A, 17A, 18A und 19A bis 16C, 17C, 18C und 19C dargestellten Schaltvorgängen stattfinden.
  • In den Fig. 16A, 16B, 16C und 16D bis 19A, 19B, 19C und 19D repräsentieren Elemente, welche durch „di/dt finden statt“ repräsentiert werden und von einer gestrichelten Linie umschlossen sind, die Elemente, bei welchen Stromänderungen (di/dt) stattfanden und die Teile, welche durch „di/dt findet nicht statt“ repräsentiert werden, repräsentieren die Elemente, welche nicht stattfanden.
  • Ein Strom I51 fließt in dem in 16A dargestellten Fall des An-Zustands, ein Strom I52 fließt in dem in 16B dargestellten Fall des Ausschaltens und ein Strom I53 fließt in dem in 16C dargestellten Fall des Anschaltens. Als ein Ergebnis davon wird in dem Stromentlademodus des Erzeugungsvorgangs, wie in 16D dargestellt, die Stromschleife I5 für eine P-C-Stoßspannung, mit welcher die Stromänderungen (di/dt) zusammen mit den Schaltvorgängen der Transistoren Q1 bis Q4 stattfinden, von dem Potentialanschluss P zum Potentialanschluss C erzeugt.
  • Ein Strom I61 fließt in dem in 17A dargestellten Fall des An-Zustands, ein Strom I62 fließt in dem in 17B dargestellten Fall des Ausschaltens und ein Strom I63 fließt in dem in 17C dargestellten Fall des Anschaltens . Als ein Ergebnis davon wird in dem Stromaufnahmemodus des Erzeugungsvorgangs, wie in 17D dargestellt, die Stromschleife I6 für eine C-N-Stoßspannung, mit welcher die Stromänderungen (di/dt) zusammen mit den Schaltvorgängen der Transistoren Q1 bis Q4 stattfinden, von dem Potentialanschluss C zum Potentialanschluss N erzeugt.
  • Ein Strom I81 fließt in dem in 18A dargestellten Fall des An-Zustands, ein Strom I82 fließt in dem in 18B dargestellten Fall des Ausschaltens und ein Strom I83 fließt in dem in 18C dargestellten Fall des Anschaltens. Als ein Ergebnis davon wird in dem Stromentlademodus des Regenerationsvorgangs, wie in 18D dargestellt, die Stromschleife I8 für eine C-N-Stoßspannung, mit welcher die Stromänderungen (di/dt) zusammen mit den Schaltvorgängen der Transistoren Q1 bis Q4 stattfinden, von dem Potentialanschluss C zum Potentialanschluss N erzeugt.
  • Ein Strom I71 fließt in dem in 19A dargestellten Fall des An-Zustands, ein Strom I72 fließt in dem in 19B dargestellten Fall des Ausschaltens und ein Strom I73 fließt in dem in 19C dargestellten Fall des Anschaltens. Als ein Ergebnis davon wird in dem Stromaufnahmemodus des Erzeugungsvorgangs, wie in 19D dargestellt, die Stromschleife I7 für eine P-C-Stoßspannung, mit welcher die Stromänderungen (di/dt) zusammen mit den Schaltvorgängen der Transistoren Q1 bis Q4 stattfinden, von dem Potentialanschluss P zum Potentialanschluss C erzeugt.
  • Ein Grund dafür, dass die Ströme in den in Fig. 16B bis 19B dargestellten Fällen des Ausschaltens fließen, ist dass, da eine induktive Last mit dem Ausgabepotentialanschluss AC verbunden ist, eine Maßnahme der Last zum Erhalten des Stromes in dem Fall des An-Zustands sogar in den Fällen des Ausschaltens funktioniert.
  • Arbeitsschritte verlaufen von den Fig. 16A bis 16C, Fig. 17A bis 17C, Fig. 18A bis 18C und Fig. 19A bis 19C und die Stromänderungen (di/dt) finden an den durch „di/dt findet statt“ und gestrichelten Linien gekennzeichneten Teilen statt, wenn die Schritte gewechselt werden. Wenn diese Vorgänge berücksichtigt werden kann verstanden werden, dass es in den in 16A bis 19D dargestellten Erzeugungsvorgängen oder Regenerationsvorgängen wichtig ist, die Schaltungsinduktanz der Stromschleifen I5 bis I8, mit welchen die vorstehend beschriebenen Stromänderungen stattfinden, zu verringern.
  • Wie vorstehend beschrieben ist es wichtig, die Schaltungsinduktanz zu verringern, welche durch die P-C-Stromschleife I5 und die C-N-Stromschleife I6 in dem Erzeugungsvorgang (Erzeugungsmodus) und die P-C-Stromschleife I7 und die C-N-Stromschleife I8 in dem Regenerationsvorgang (Regenerationsmodus) verursacht wird. „P-C“ bedeutet „zwischen dem Potentialanschluss P und dem Potentialanschluss C“ und „C-N“ bedeutet „zwischen dem Potentialanschluss C und dem Potentialanschluss N“.
  • Mit Bezug zurück auf 12 und 13 werden die in 12 und 13 dargestellten Induktanzen L11 bis L14 beschrieben. Die Induktanz L11 repräsentiert die Schaltungsinduktanz der P-C-Stromschleife I5, welche beim Erzeugungsvorgang in der Hochpotential-Seite erzeugt wird. Die Induktanz L12 repräsentiert die Schaltungsinduktanz der C-N-Stromschleife I6, welche beim Erzeugungsvorgang in der Niederpotential-Seite erzeugt wird.
  • Die Induktanz L13 repräsentiert die Schaltungsinduktanz der P-C-Stromschleife I7, welche beim Regenerationsvorgang in der Hochpotential-Seite erzeugt wird. Die Induktanz L14 repräsentiert die Schaltungsinduktanz der C-N-Stromschleife I8, welche beim Regenerationsvorgang in der Niederpotential-Seite erzeugt wird.
  • Wie aus dem Vergleich zwischen 12 und 13 ersichtlich, kann bestätigt werden, dass die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die Schaltungsinduktanz im Vergleich zur Wandlervorrichtung elektrischer Leistung des zweiten Vergleichsverfahrens signifikant verringern kann.
  • Insbesondere beim Regenerationsvorgang (Regenerationsmodus) wurde die Induktanz auf ungefähr ein Zehntel verringert. Der Regenerationsvorgang entspricht einem Vorgang, in welchem Phasen der Ausgabespannung und des Ausgabestroms des Inverters in einem Anwendungssystem, welches die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung verwendet, verschoben werden. Daher bedeutet dies, dass es für ein System, welches mit einem Leistungsfaktor von genau „1“ arbeitet, schwierig ist, die Auswirkungen der ersten bevorzugten Ausführungsform zu erhalten; wenn allerdings der Leistungsfaktor auch nur leicht von „1“ verschoben wird, können die Auswirkungen der bevorzugten Ausführungsform signifikant erhalten werden.
  • Nachfolgend werden Unterschiede bei den Aufhebungseffekten zwischen dem in 10 dargestellten zweiten Vergleichsverfahren und der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben.
  • Das in 10 dargestellte zweite Vergleichsverfahren bewirkt einen ersten Aufhebungseffekt CE1 dadurch, dass es in dem P-C internen Strompfad in jeder der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A einen entgegengesetzt gerichteten Strom-Vorwärts-/Rückwärts-Pfad für die Stromschleife I5 bereitstellt, wobei die Stromrichtung der Stromschleife I5, welche in dem Stromentlademodus beim Erzeugungsvorgang erzeugt wird, zu einer entgegengesetzten Richtung wird.
  • Außerdem kann, wie in 10 dargestellt, in dem zweiten Vergleichsverfahren ein zweiter Aufhebungseffekt CE2 durch Bereitstellen eines entgegengesetzt gerichteten Strom-Vorwärts-/Rückwärts-Pfads für die Stromschleife I7 in einem P-AC internen Strompfad des Stromaufnahmemodus beim Regenerationsvorgang zwischen den Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100C, welche in einer Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm benachbart sind, bewirkt werden.
  • Des Weiteren kann, wie in 9 und 10 dargestellt, das zweite Vergleichsverfahren einen dritten Aufhebungseffekt CE3 dadurch bewirken, dass es einen entgegengesetzt gerichteten Strom-Vorwärts-/Rückwärts-Pfad in einem M1-M2 externen Strompfad des Stromaufnahmemodus und des Stromentlademodus des Regenerationsvorgangs von der M1-Sammelschiene 40M1 und der M2-Sammelschiene 40M2, welche in der Sammelschiene 44 vorgesehen sind, welche in der Modulvorrichtungsgruppe 200C positioniert ist, für die Stromschleifen I8 und I7 bereitstellt. „P-AC“ bedeutet „zwischen dem Potentialanschluss P und dem Ausgabepotentialanschluss AC“ und „M1-M2“ bedeutet „zwischen dem Zwischenverbindungsanschluss M1 und dem Zwischenverbindungsanschluss M2“.
  • Andererseits können ähnlich zum zweiten Vergleichsverfahren die vorstehend beschriebenen erster bis dritter Aufhebungseffekt CE1 bis CE3 ebenfalls in der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform bewirkt werden.
  • Des Weiteren kann, wie in 9 und 11 dargestellt, die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform einen vierten Aufhebungseffekt CE4 dadurch bewirken, dass sie einen entgegengesetzt gerichteten Strom-Vorwärts-/Abwärts-Pfad für die Stromschleife I7 in einem P-C externen Strompfad des Stromaufnahmemodus des Regenerationsvorgangs durch die P-Sammelschiene 40P und die C-Sammelschiene 40C, welche in der Sammelschiene 45 vorgesehen sind, bereitstellt.
  • Ein Grund dafür wird nachfolgend beschrieben. Mit Bezug auf die Stromschleife I7 sind der Strom-Vorwärts-Pfad, in welchem ein Strom von einer positiven Elektrode der Bankkapazität 16 der höherstufigen Seite der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A durch den Potentialanschluss P über die P-Sammelschiene 40P eingeführt wird, und der Strom-Rückwärts-Pfad vorgesehen, in welchem ein Strom von dem Potentialanschluss C der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B über die C-Sammelschiene 40C einer negativen Elektrode der Bankkapazität 16 rückgeführt wird. Da die P-Sammelschiene 40P und die C-Sammelschiene 40C durch Lamellieren oder dergleichen gestapelt werden und ein solches Lageverhältnis aufweisen, dass sie gegenseitig von den elektromagnetischen Feldern stark beeinflusst werden, werden die Stromrichtungen der Stromschleife I7, welche in die P-Sammelschiene 40P, welche als der Strom-Vorwärts-Pfad dient, und die Sammelschiene 40C, welche als der Strom-Rückwärts-Pfad dient, fließt, gegenseitig entgegengesetzt gerichtet, die elektromagnetischen Felder, welche von der P-Sammelschiene 40P und der C-Sammelschiene 40C erzeugt werden, gegenseitig aufgehoben und der vierte Aufhebungseffekt CE4 kann effektiv bewirkt werden.
  • Aus einem ähnlichen Grund kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform einen fünften Aufhebungseffekt CE5 dadurch bewirken, dass sie einen entgegengesetzt gerichteten Strom-Vorwärts-/Rückwärts-Pfad für die Stromschleife I8 in einem N-C externen Strompfad des Stromentlademodus des Regenerationsvorgangs durch die N-Sammelschiene 40N und die C-Sammelschiene 40C, welche in der Sammelschiene 45 vorgesehen sind, bereitstellt.
  • Ein Grund dafür wird nachfolgend beschrieben. Mit Bezug auf die Stromschleife I8 sind der Strom-Vorwärts-Pfad, in welchem ein Strom von einer positiven Elektrode der Bankkapazität 17 der niedrigstufigen Seite in die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A durch den Potentialanschluss C über die C-Sammelschiene 40C fließt, und der Strom-Rückwärts-Pfad vorgesehen, in welchem ein Strom von dem Potentialanschluss N der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B über die N-Sammelschiene 40N einer negativen Elektrode rückgeführt wird. Da die N-Sammelschiene 40N und die C-Sammelschiene 40C durch Lamellieren oder dergleichen gestapelt werden und ein solches Lageverhältnis aufweisen, dass sie gegenseitig von den elektromagnetischen Feldern stark beeinflusst werden, werden die Stromrichtungen der Stromschleife I8, welche in die C-Sammelschiene 40C, die als der Strom-Vorwärts-Pfad dient, und die N-Sammelschiene 40N, welche als der Strom-Rückwärts-Pfad dient, fließt, gegenseitig entgegensetzt gerichtet, die elektromagnetischen Felder, welche von der N-Sammelschiene 40N und der C-Sammelschiene 40C erzeugt werden, gegenseitig aufgehoben und der fünfte Aufhebungseffekt CE5 kann effektiv bewirkt werden.
  • Für den vierten Aufhebungseffekt CE4 und den fünften Aufhebungseffekt CE5 ist es wichtig, dass die C-Sammelschiene 40C zwischen einem Paar der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B, welche einander benachbart angeordnet sind, mit dem Kollektor-Anschluss C1 der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B sowie mit dem Emitter-Anschluss E2 der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A elektrisch verbunden ist.
  • Andererseits sind in dem in 10 dargestellten zweiten Vergleichsverfahren die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B in den Modulvorrichtungsgruppen 200A und 200B separat angeordnet; daher sind ein Strom-Vorwärts-Pfad I7a der Stromschleife I7 in dem Sammelschienenabschnitt 43a und ein Strom-Rückkehr-Pfad I7b der Stromschleife I7 in dem Sammelschienenabschnitt 43b vorgesehen. Auf diese Weise sind der Strom-Vorwärts-Pfad und der Strom-Rückwärts-Pfad der Stromschleife I7 so gebildet, dass sie zum Großteil voneinander getrennt sind; daher kann der vierte Aufhebungseffekt CE4 für die Stromschleife I7 nicht bewirkt werden und die Aufhebung kann nicht durchgeführt werden (keine Aufhebung). Aus einem ähnlichen Grund kann der fünfte Aufhebungseffekt CE5 für die Stromschleife I8 ebenfalls nicht bewirkt werden.
  • In dem Anwendungssystem existieren beispielsweise sogar in einem Solarenergie-Aufbereitungssystem, welches im Wesentlichen mit einem Leistungsfaktor von „1“ arbeitet, immer Vorgänge mit Leistungsfaktoren von 0,99, 0,98, etc., es wird selten mit dem Leistungsfaktor von genau „1“ weiter gearbeitet; daher können die Auswirkungen der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform in dem System erhalten werden, welches die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform verwendet.
  • Die Auswirkungen der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wurden durch einen Vergleich der 12 mit der 13 dargestellt. Allerdings war das Vergleichsziel der ersten bevorzugten Ausführungsform das in 10 dargestellte zweite Vergleichsverfahren.
  • Daher können, wenn das in 8 dargestellte erste Vergleichsverfahren oder das in 26 dargestellte herkömmliche Verfahren mit dem zweiten Vergleichsverfahren verglichen werden, mindestens die vorstehend beschriebenen vierter und fünfter Aufhebungseffekt CE4 und CE5 nicht bewirkt werden und die Aufhebungseffekte, welche besser als die des zweiten Vergleichsverfahrens sind, können nicht bewirkt werden; daher ist eine Schaltungsinduktanz zu erwarten, welche höher oder gleich der Schaltungsinduktanz des zweiten Vergleichsverfahrens ist. Das erste Vergleichsverfahren und das herkömmliche Verfahren weisen ebenfalls eine Problematik darin auf, dass die Schaltungsverdrahtung komplex wird.
  • Daher weist die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf das erste Vergleichsverfahren und das herkömmliche Verfahren die Auswirkungen auf, welche größer als der Unterschied in den Induktanzeffekten in dem Vergleich zwischen 12 und 13 sind.
  • Auf diese Weise ist die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform durch das gemischte Anordnen der einzelnen Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und der einzelnen Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B, sodass diese in jeder der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 abwechselnd angeordnet sind, charakterisiert.
  • Da die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist, können zwischen dem Paar von Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B, welche so angeordnet sind, dass sie unter den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B benachbart sind, die P-Sammelschiene 40P, welche mit dem Kollektor-Anschluss C1 der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A elektrisch verbunden ist, und die C-Sammelschiene 40C, welche mit dem Emitter-Anschluss E2 der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und dem Kollektor-Anschluss C1 der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B elektrisch verbunden ist, nahe beieinander angeordnet werden, womit die Sammelschienen gegenseitig von ihren elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden. Mit anderen Worten kann mit Bezug auf die Stromschleife I7, welche in dem Regenerationsvorgang erzeugt wird, der Abstand zwischen der P-Sammelschiene 40P, welche ein Strompfad eines ersten Potentials ist, und der C-Sammelschiene 40C, welche ein Strompfad eines Zwischenpotentials ist, so angeordnet werden, dass dieser im Vergleich zur herkömmlichen Konfiguration einschließlich dem zweiten Vergleichsverfahren kurz ist.
  • In Ähnlicher Weise können die N-Sammelschiene 40N, welche mit dem Emitter-Anschluss E2 der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B elektrisch verbunden ist, und die C-Sammelschiene 40C nahe beieinander angeordnet werden, womit sie gegenseitig von ihren elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden. Mit anderen Worten kann mit Bezug auf die Stromschleife I8, welche in dem Regenerationsvorgang erzeugt wird, der Abstand zwischen der N-Sammelschiene 40N, welche ein Strompfad eines zweiten Potentials ist, und der C-Sammelschiene 40C so angeordnet werden, dass dieser im Vergleich zur herkömmlichen Konfiguration kurz ist.
  • Daher kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die Schaltungsinduktanz in den Stromschleifen verringern, mit welchen die Stromänderungen (di/dt) zusammen mit den Schaltvorgängen der Transistoren Q1 bis Q4 in der Inverterschaltung stattfinden, und insbesondere kann die Schaltungsinduktanz der Stromschleifen I7 und I8, welche beim Regenerationsvorgang erzeugt werden, verringert werden.
  • Zusammen mit der vorstehend beschriebenen Verringerung der Schaltungsinduktanz kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform ein System frei von Snubberschaltungen, welches keine Snubberschaltungen wie die in 28 dargestellten Snubber 207a bis 207c benötigt, oder eine Verkleinerung der Snubberschaltungen realisieren und die Vorrichtung kann mit einer geringeren Größe und mit geringeren Kosten realisiert werden.
  • Des Weiteren kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform Stoßspannungen beschränken und durch die vorstehend beschriebene Verringerung der Schaltungsinduktanz einen Betriebsbereich erweitern.
  • Außerdem kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform bei schnellen Schaltvorgängen durch Begrenzen von Stoßspannungen angewandt werden und die Schaltvorgänge können mit wenig Verlust durchgeführt werden.
  • Des Weiteren bildet die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die Inverterschaltung dadurch, dass sie die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C kombiniert, welche jeweils Schaltelementgruppen aufweisen, welche gemeinsam haben, dass jede Schaltelementgruppe mindestens einen von den Transistoren Tr1 und Tr2 und die Dioden Di1 und Di2 aufweist, wodurch sie eine Auswirkung bewirkt, dass die Inverterschaltung durch Verwenden der existierenden Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100 effizient gebildet werden kann.
  • Außerdem setzt die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die getrennte gemischte Anordnung ein, in welcher die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B in die zwei Spalten der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 getrennt werden. Im Vergleich zu einem Fall, in welchem diese in einer Spalte angeordnet werden, kann daher die Anordnungslänge in der Längsrichtung (Oben-Unten-Richtung der 6) begrenzt werden und die Vorrichtung kann als Ganzes kompakt gebildet werden.
  • Als ein Ergebnis daraus kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform Wärmeabfuhrlamellen zum Befestigen/Kühlen der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C vergleichsweise leicht befestigen.
  • Des Weiteren muss die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform nicht schmale Sammelschienen jeweils für die P-Sammelschiene 40P und die N-Sammelschiene 40N, welche als die Strompfade des ersten und zweiten Potentials verwendet werden, und die C-Sammelschiene 40C, welche als der Strompfad des Zwischenpotentials verwendet wird, verwenden. Daher findet eine Verformung aufgrund von Transport oder Vibrationen nicht leicht statt und die Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
  • In der Halbleitervorrichtung der ersten bevorzugten Ausführungsform sind in den vier Leistungshalbleitmodulvorrichtungen 100A und 100B die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 auf den gleichen ersten Seitenflächen vorgesehen. Daher können in den Sammelschienenabschnitten 45a und 45b der Sammelschiene 45 die P-Sammelschiene 40P, die N-Sammelschiene 40N und die C-Sammelschiene 40C durch die geschichtete Konfiguration oder dergleichen vergleichsweise leicht gebildet werden. Daher wird bewirkt, dass die Anordnung des Lageverhältnisses leicht realisiert werden kann, mit welchem die Auswirkung elektromagnetischer Felder zwischen der P-Sammelschiene 40P und der C-Sammelschiene 40C und zwischen der N-Sammelschiene 40N und der C-Sammelschiene 40C gegenseitig stark ausgeübt wird.
  • Des Weiteren sind in der vorstehend beschriebenen getrennten gemischten Anordnung der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform alle Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite, welche die dritten externen Anschlüsse der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B sind, zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1, welche die erste Spalte bildet, und der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2, welche die zweite Spalte bildet, in einem Bereich zwischen den Spalten angeordnet.
  • Daher kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Konfiguration mit einer gemeinsamen Verbindung an einem ersten Zwischenpunkt implementieren, in welcher die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A gemeinsam durch die M1-Sammelschiene 40M1 miteinander elektrisch verbunden sind, welche als ein Strompfad eines ersten Zwischenpunkts dient, welcher in dem vorstehend beschriebenen Bereich zwischen den Spalten vorgesehen ist. In ähnlicher Weise kann eine Konfiguration mit einer gemeinsamen Verbindung an einem zweiten Zwischenpunkt vergleichsweise leicht implementiert werden, in welcher die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B durch die M2-Sammelschiene 40M2, welche als ein Strompfad eines zweiten Zwischenpunkts dient, welcher in dem vorstehend beschriebenen Bereich zwischen den Spalten vorgesehen ist, miteinander elektrisch verbunden sind.
  • 20 ist ein Schaltbild, welches die Konfiguration mit der gemeinsamen Verbindung an dem Zwischenpunkt der ersten bevorzugten Ausführungsform darstellt. Wie in diesem Diagramm dargestellt wird die Konfiguration mit der gemeinsamen Verbindung an dem ersten Zwischenpunkt dadurch vergleichsweise leicht realisiert, dass die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A durch die M1-Sammelschiene 40M1 miteinander verbunden werden. Die Konfiguration mit der gemeinsamen Verbindung an dem zweiten Zwischenpunkt kann ebenfalls auf eine ähnliche Weise vergleichsweise leicht realisiert werden.
  • Als ein Ergebnis davon kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform durch die vorstehend beschriebene Konfiguration mit der gemeinsamen Verbindung am ersten und zweiten Zwischenpunkt ein Stromungleichgewicht unter den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und ein Stromungleichgewicht unter den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B beschränken.
  • Mit Bezug auf die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C setzt die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform eine ungemischte Anordnung ein, in welcher die Vorrichtungen 100C nicht mit den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B gemischt angeordnet werden.
  • Als ein Ergebnis davon kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform die Inverterschaltung aufweisen, welche eine vergleichsweise leichte Anordnungskonfiguration und ein gutes Stromgleichgewicht aufweist.
  • Die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform weist den Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 der ersten Seite und den Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 der zweiten Seite auf. Daher kann die Konfiguration mit der gemeinsamen Verbindung an dem ersten Zwischenpunkt dadurch realisiert werden, dass mindestens ein Anschluss der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A mit der M1-Sammelschiene 40M1 elektrisch verbunden wird. In ähnlicher Weise kann die Konfiguration mit der gemeinsamen Verbindung an dem zweiten Zwischenpunkt dadurch realisiert werden, dass mindestens ein Anschluss der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B mit der M2-Sammelschiene 40M2 verbunden wird.
  • Als ein Ergebnis davon kann die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der Erfindung der vorliegenden Anmeldung das Stromungleichgewicht unter der Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen und das Stromungleichgewicht unter der Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen dadurch beschränken, dass sie die Konfigurationen mit der gemeinsamen Verbindung an dem ersten und zweiten Zwischenpunkt vergleichsweise leicht realisiert.
  • Des Weiteren ist in der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform der Stapelaufbau der Sammelschiene höchstens ein Stapelaufbau aus drei Schichten in der Sammelschiene 45 und die Dreistufen-I-Typ-Inverterschaltung mit geringer Schaltungsinduktanz kann einfacher als das in 26 dargestellte herkömmliche Verfahren bereitgestellt werden.
  • (Andere)
  • In der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform sind die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B in den zwei Spalten der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 gemischt angeordnet. Allerdings sind andere gemischte Anordnungen ebenfalls denkbar.
  • In dem in 11 dargestellten Beispiel sind ebenfalls zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 und der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 in dem Verhältnis zwischen einem ersten Ort Li (i=jede von 1 bis 4) einer linken Spalte und einem ersten Ort Ri einer rechten Spalte die Vorrichtungen so angeordnet, dass die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A an einem der Orte und die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B an dem anderen Ort ist. Mit anderen Worten sind die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B ebenfalls zwischen den Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 abwechselnd angeordnet.
  • Abgesehen von dieser gemischten Anordnung können in dem Verhältnis zwischen dem ersten Ort Li (i=jede von 1 bis 4) der linken Spalte und dem ersten Ort Ri der rechten Spalte die Vorrichtungen so angeordnet werden, dass die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A an beiden Orten sind, oder dass die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B an beiden Orten sind. Mit anderen Worten können die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B so angeordnet werden, dass sie zwischen den Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 bilateral symmetrisch sind und ähnliche Auswirkungen erhalten werden.
  • In 11 werden, auch wenn die Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 und die Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 zum Bilden der Vorrichtung vertauscht werden, ähnliche Auswirkungen erhalten. In diesem Fall wird erwartet, dass eine Sammelschiene entsprechend der Sammelschiene 46 einzeln in jeder der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 bereitgestellt wird.
  • Allerdings geht in diesem Fall die Auswirkung verloren, welche durch das Ausrichten der Zwischenverbindungsanschlüsse M1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, welche parallel geschaltet sind, und der Zwischenverbindungsanschlüsse M2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B, sodass alle Zwischenverbindungsanschlüsse M1 und M2 in der Seite der Sammelschiene 46 sind, verursacht wird. Daher ist eine Neigung dazu, dass das Stromgleichgewicht etwas leicht verlorengeht, denkbar.
  • In der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform sind nur die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C, welche mit dem Ausgabepotentialanschluss AC verbunden sind und als der Teil-C dienen, kollektiv in der Modulvorrichtungsgruppe 200C angeordnet.
  • Andererseits werden, auch wenn die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C mit den Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und den Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B gemischt werden, wobei die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, 100B und 100C gemischt und abwechselnd angeordnet werden, ähnliche Auswirkungen erhalten.
  • Mit anderen Worten können, wenn die einzelne Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und die einzelne Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B abwechselnd angeordnet werden, die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C zum Teil zwischen den Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B gemischt angeordnet sein. Allerdings kann in diesem Fall die Einfachheit des Verbindens der Ausgabepotentialanschlüsse AC verlorengehen.
  • Die interne Konfiguration jeder der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C setzt, wie die in 6 dargestellte Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100, die Anschlusskonfiguration ein, in welcher der Kollektor-Anschluss C1 und der Emitter-Anschluss E2 auf der Seitenfläche der ersten Seite in der linken Seite des Diagramms und die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite auf der Seitenfläche der zweiten Seite, welche der Seitenfläche der ersten Seite gegenüberliegt, vorgesehen sind.
  • Die Konfiguration ist allerdings nicht auf die vorstehend beschriebene Anschlusskonfiguration beschränkt und ähnliche Auswirkungen können mit verschiedenen Formen und Anschlusskonfigurationen erhalten werden. Allerdings ist zum Erhalten der Auswirkung, bei welcher die P-Sammelschiene 40P, die N-Sammelschiene 40N und die C-Sammelschiene 40C durch eine geschichtete Konfiguration oder dergleichen vergleichsweise leicht gebildet werden, wünschenswert, dass die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 auf den gleichen Seitenflächen der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B bereitgestellt werden.
  • In 6 weist die Anschlusskonfiguration die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite auf. Allerdings können die Auswirkungen der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform auch wenn eine Anschlusskonfiguration eingesetzt wird, welche eine einzelne Einheit des Kollektor-/Emitter-Anschlusses C2E1 aufweist, genutzt werden. Die Form, welche die zwei Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 aufweist, kann leichter parallel geschaltet werden, wobei die Auswirkung der Verringerung der Schaltungsinduktanz in diesem Prozess leichter erhalten werden kann.
  • In der ersten bevorzugten Ausführungsform wird die Schaltungskonfiguration, in welcher, wie in dem in 3 dargestellten Leistungshalbleitermodul 101, die beiden Transistoren Tr1 und Tr2, welche die antiparallel geschalteten Dioden Di1 und Di2 aufweisen, in Reihe geschaltet sind, eingesetzt.
  • Als die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C können andere Schaltkonfigurationen eingesetzt werden. Es kann zum Beispiel die Schaltungskonfiguration des in 4 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 102 als die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A eingesetzt werden und die Schaltungskonfiguration des in 5 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 103 kann als die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100C eingesetzt werden.
  • 21 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls 104 darstellt, welches eine weitere 2-in-1-Konfiguration aufweist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 104 weist in seinem Inneren Transistoren Tr1 und Tr2, welche ein erstes und ein zweites modulinternes Schaltelement sind, und Dioden Di1 und Di2 auf, welche eine erste und eine zweite modulinterne Diode sind. Des Weiteren weist das Leistungshalbleitermodul 104 eine Diode Di3 auf, ist ein Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 mit einer Anode der Diode Di3 verbunden und eine Kathode dieser ist mit einem Knotenpunkt N1 zwischen den Transistoren Tr1 und Tr2 verbunden. Ein Emitter des Transistors Tr2 und eine Anode der Diode Di2 sind mit einem Emitter-Anschluss E2 verbunden. Die andere Konfiguration ist ähnlich zur Konfiguration des in 3 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 101.
  • 22 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine interne Konfiguration eines Leistungshalbleitermoduls 105 darstellt, welches eine weitere 2-in-1-Konfiguration aufweist.
  • Das Leistungshalbleitermodul 105 weist in seinem Inneren Transistoren Tr1 und Tr2, welche ein erstes und ein zweites modulinternes Schaltelement sind, und Dioden Di1 und Di2 auf, welche eine erste und eine zweite modulinterne Diode sind. Des Weiteren weist das Leistungshalbleitermodul 105 eine Diode Di4 auf, ist ein Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 mit einer Kathode der Diode Di4 verbunden und eine Anode dieser ist mit einem Knotenpunkt N1 zwischen den Transistoren Tr1 und Tr2 verbunden. Ein Emitter des Transistors Tr2 und eine Anode der Diode Di2 sind mit einem Emitter-Anschluss E2 verbunden. Die andere Konfiguration ist ähnlich zur Konfiguration des in 3 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 101.
  • Die Schaltungskonfiguration des vorstehend beschriebenen Leistungshalbleitermoduls 104 oder 105 kann als die Schaltungskonfiguration der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C der ersten bevorzugten Ausführungsform eingesetzt werden. Beispielsweise kann eine Schaltungskonfiguration als ein Modifikationsbeispiel eingesetzt werden, in welcher die Schaltungskonfiguration des in 21 dargestellten Leistungshalbleitermoduls 104 als die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A verwendet wird und das in 22 dargestellte Leistungshalbleitermodul 105 als die Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B verwendet wird.
  • In dem vorstehend beschriebenen Modifikationsbeispiel kann die in 1 dargestellte Inverterschaltung durch das elektrische Verbinden des Emitter-Anschlusses E2 des Leistungshalbleitermoduls 104 mit dem Kollektor-Anschluss C1 des Leistungshalbleitermoduls 105 und das elektrische Verbinden des Kollektor-/Emitter-Anschlusses C2E1 des Leistungshalbleitermoduls 104 mit dem Kollektor-/Emitter-Anschluss C2E1 des Leistungshalbleitermoduls 105 realisiert werden.
  • Falls ein der 11 ähnlicher Anordnungsaufbau in dem vorstehend beschriebenen Modifikationsbeispiel realisiert werden soll, ist wünschenswert, dass die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B auf eine folgende Weise angeordnet werden.
  • In der Anordnung der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 sind die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, welche jeweils das Leistungshalbleitermodul 104 aufweisen, auf der gleichen Seitenfläche und in dem Sammelschienenabschnitt 45a oder dem Sammelschienenabschnitt 45b angeordnet und die Emitter-Anschlüsse E2 in der Seite der Sammelschiene 46 angeordnet.
  • In der Anordnung in den Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 sind die Emitter-Anschlüsse E2 und die Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B, welche jeweils das Leistungshalbleitermodul 105 aufweisen, auf der gleichen Seitenfläche und in dem Sammelschienenabschnitt 45a oder dem Sammelschienenabschnitt 45b angeordnet und die Kollektor-Anschlüsse C1 in der Seite der Sammelschiene 46 angeordnet.
  • In dem vorstehend beschriebenen Modifikationsbeispiel werden der Transistor Q2 und die Diode D2 der Inverterschaltung 60 weiter der Schaltelementgruppe jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A zugeordnet und der Transistor Q3 und die Diode D3 der Inverterschaltung 60 weiter der Schaltelementgruppe jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B zugeordnet.
  • Daher kann die in 1 dargestellte Inverterschaltung durch die Kombination der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B gebildet werden. Daher werden die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C, welche dem Teil-C zugeordnet sind, überflüssig.
  • Auf diese Weise kann in dem Modifikationsbeispiel der ersten bevorzugten Ausführungsform die Kombination der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, welche die Leistungshalbleitermodule 104 einsetzen, und der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B, welche die Leistungshalbleitermodule 105 einsetzen, die Notwendigkeit für die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C eliminieren und die Inverterschaltung bilden.
  • Als ein Ergebnis davon kann in dem vorstehend beschriebenen Modifikationsbeispiel der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung die Inverterschaltung durch Verwendung der zwei Arten von Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B kompakt gebildet werden.
  • In der in 11 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform wurde ein Beispiel, in welchem die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C in 4-Parallel-Verbindungen sind, dargestellt und beschrieben. Allerdings kann sogar in einem Fall von 2-Parallel oder 3-Parallel oder einer anderen Parallel-Anzahl die vorliegende Erfindung selbstverständlich ähnlich angewandt werden, um die Auswirkungen zu erhalten.
  • <Zweite bevorzugte Ausführungsform>
  • In der vorstehend beschriebenen ersten bevorzugten Ausführungsform wird, wenn die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B gemischt angeordnet werden, die Zwei-Spalten-Anordnung der Modulvorrichtungsgruppe 200AB1 und der Modulvorrichtungsgruppe 200AB2 eingesetzt. Eine zweite bevorzugte Ausführungsform setzt eine Konfiguration ein, in welcher die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B in einer einzigen Spalte angeordnet werden.
  • 23 ist ein erläuterndes Diagramm, welches eine planare Konfiguration der zweiten bevorzugten Ausführungsform einer Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eines Falls darstellt, in welchem die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung durch eine Vier-Parallel-Konfiguration durch Verwendung der in 6 dargestellten Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 realisiert wird.
  • Die in 9 dargestellte Konfiguration sowie das erste und das zweite Vergleichsverfahren und die in 11 dargestellte erste bevorzugte Ausführungsform sind Schaltungskonfigurationen, welche äquivalent zur in 23 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung sind.
  • In 23 weisen die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B und die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C alle jeweils die gleiche Konfiguration auf wie die in 6 dargestellte Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100.
  • Jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A wird dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20A zugeordnet. Jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B wird dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20B zugeordnet.
  • Wie in 23 dargestellt sind in einer Modulvorrichtungsgruppe 200AB, welche in einem Bereich zwischen den nachstehend beschriebenen Sammelschienen 47 und 48 angeordnet ist, die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die vier Leistungshalbleitervorrichtungen 100B um jede einzelne Einheit in der Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm abwechselnd angeordnet. Genauer ausgedrückt sind sie in der Modulvorrichtungsgruppe 200AB so angeordnet, dass die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A an einem ersten Ort L1 der linken Spalte, einem dritten Ort L3 der linken Spalte, einem fünften Ort L5 der linken Spalte und einem siebten Ort L7 der linken Spalte und die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B an einem zweiten Ort L2 der linken Spalte, einem vierten Ort L4 der linken Spalte, einem sechsten Ort L6 der linken Spalte und einem achten Ort L8 der linken Spalte sind.
  • Auf diese Weise setzt die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der zweiten bevorzugten Ausführungsform eine gemischte einspaltige Anordnung ein, in welcher die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B in der Modulvorrichtungsgruppe 200AB gemischt abwechselnd angeordnet werden.
  • In der Modulvorrichtungsgruppe 200AB weisen sowohl die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A als auch die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B die ersten Seitenflächen, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm auf.
  • Andererseits ist jede der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C dem in 7 dargestellten Teilschaltungsteil 20C zugeordnet. Die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C sind in einer in der rechten Seite der Sammelschiene 48 positionierten Modulvorrichtungsgruppe 200C kollektiv entlang der Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm angeordnet. Genauer ausgedrückt sind die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C in einer einzelnen Spalte von einem ersten Ort R1 der rechten Spalte bis zu einem vierten Ort R4 der rechten Spalte angeordnet.
  • Daher muss der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Ausgabepotentialanschluss AC elektrisch verbunden sein.
  • In der Modulvorrichtungsgruppe 200C weisen die vier Leistungshalbleitermodule 100C die ersten Seitenflächen, welche die Kollektor-Anschlüsse C1 und die Emitter-Anschlüsse E2 aufweisen, in der linken Seite in dem Diagramm auf.
  • Auf diese Weise sind in der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der zweiten bevorzugten Ausführungsform die vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B in der Modulvorrichtungsgruppe 200AB gemischt angeordnet.
  • Die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung ist durch das gemischte Anordnen der Leistungshalbleitervorrichtungen derart, dass die einzelne Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100A und die einzelne Einheit der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100B entlang der Oben-Unten-Richtung in dem Diagramm zwischen den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A, welche dem Teil-A zugeordnet sind, und den vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B, welche dem Teil-B zugeordnet sind, abwechselnd angeordnet sind, charakterisiert.
  • In jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A muss der Kollektor-Anschluss C1 mit den Potentialanschluss P elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M1 elektrisch verbunden sein.
  • Andererseits muss in jeder der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B der Kollektor-Anschluss C1 mit dem Potentialanschluss C elektrisch verbunden sein, der Emitter-Anschluss E2 mit dem Potentialanschluss N elektrisch verbunden sein und mindestens eines der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite mit dem Zwischenverbindungsanschluss M2 elektrisch verbunden sein.
  • Die Sammelschiene 48 ist zwischen der Modulvorrichtungsgruppe 200AB und der Modulvorrichtungsgruppe 200C vorgesehen.
  • Des Weiteren ist die Sammelschiene 47 vorgesehen, welche in der unteren Seite von dem Bereich in der linken Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200AB in dem Diagramm gebogen ist, sich zur unteren Seite der Modulvorrichtungsgruppe 200AB und der Sammelschiene 48 erstreckt, zur oberen Seite hin gebogen ist und von welcher ein Ende in der rechten Seite der Sammelschiene 48 positioniert ist. Bankkapazitäten 16 und 17 sind so vorgesehen, dass sie mit einem Endbereich der Sammelschiene 47 in einer planaren Ansicht überlappen. Die Sammelschiene 47 und die Bankkapazitäten 16 und 17 sind auf unterschiedlichen Höhen gebildet.
  • Die Sammelschiene 47 wird durch dem in 9 dargestellten dreilagigen Aufbau aus der P-Sammelschiene 40P, der C-Sammelschiene 40C und der N-Sammelschiene 40N realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der C-Sammelschiene 40C über der P-Sammelschiene 40P mittels einer Isolierschicht und Anordnen der N-Sammelschiene 40N über der C-Sammelschiene 40C mittels einer Isolierschicht realisiert.
  • In der Sammelschiene 47 können die P-Sammelschiene 40P, die C-Sammelschiene 40C und die N-Sammelschiene 40N so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht durch die geschichtete Konfiguration einander überlappen, oder so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht voneinander getrennt sind, ohne dass sie in der planaren Ansicht überlappen.
  • Die P-Sammelschiene ist mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden, die C-Sammelschiene 40C ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und die N-Sammelschiene 40N ist mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden.
  • Die Sammelschiene wird durch den in 9 dargestellten zweilagigen Aufbau aus der M1-Sammelschiene 40M1 und der M2-Sammelschiene 40M2 realisiert und wird beispielsweise durch Anordnen der M2-Sammelschiene 40M2 über der M1-Sammelschiene 40M1 mittels einer Isolierschicht realisiert. Die M1-Sammelschiene 40M1 und die M2-Sammelschiene 40M2 können so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht durch die geschichtete Konfiguration überlappen, oder so gestapelt werden, dass sie in der planaren Ansicht voneinander getrennt sind, ohne dass sie in der planaren Ansicht überlappen.
  • Die M1-Sammelschiene 40M1 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A elektrisch verbunden und mit den Kollektor-Anschlüssen C1 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • Die M2-Sammelschiene 40M2 ist mit mindestens einem der Kollektor-/Emitter-Anschlüsse C2E1 der ersten Seite und der zweiten Seite der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100B elektrisch verbunden und mit den Emitter-Anschlüssen E2 der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100C elektrisch verbunden.
  • Außerdem können in der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der zweiten bevorzugten Ausführungsform Auswirkungen abgesehen von den Auswirkungen der zweispaltigen Anordnung der Modulvorrichtungsgruppen 200AB1 und 200AB2 so gut wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform genutzt werden. Allerdings kann der zweite Aufhebungseffekt CE2, da die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100C voneinander entfernt sind, nicht in großem Maße erwartet werden.
  • Daher realisiert die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Inverterschaltung, in welcher die Schaltungsinduktanz der Stromschleifen, mit welcher die Stromänderungen (di/dt) zusammen mit dem Schalten der Transistoren Q1 bis Q4 stattfinden, verringert ist; und mit dem einher können Auswirkungen wie etwa das Beschränken von Stoßspannungen, welche zusammen mit Schaltvorgängen verursacht werden, die Erweiterung von Systembetriebsbereichen, die Realisierung eines Systems ohne Snubberschaltungen oder Verkleinerung von Snubberschaltungen, die Verkleinerung der Vorrichtung, die Kostenreduzierung und die Verlustreduzierung und Effizienzverbesserung der Vorrichtung genutzt werden.
  • Des Weiteren wird in der Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der zweiten bevorzugten Ausführungsform die einspaltige gemischte Anordnung der vier Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A und 100B eingesetzt. Daher kann die Sammelschiene 47 in Längsrichtung schmal gebildet werden, um den Aufbau einer Form zu bilden, welche eine kurze Länge in der Breitenrichtung aufweist.
  • Außerdem können in der zweiten bevorzugten Ausführungsform sowie in der ersten Ausführungsform die Schaltungskonfiguration, die Anschlussanordnung, etc. der Leistungshalbleitermodulvorrichtung 100 selbstverständlich verformt werden.
  • Die in 23 dargestellte zweite bevorzugte Ausführungsform übernimmt den Fall, in welchem die Leistungshalbleitermodulvorrichtungen 100A bis 100C in 4-Parallel-Verbindungen als ein Beispiel sind. Allerdings kann die vorliegende Erfindung, obwohl dies nicht in 23 dargestellt ist, an 2-Parallel-Verbindungen und parallelen Verbindungen anderer Anzahlen durch ähnliche Ideen angewandt werden und ähnliche Auswirkungen können erhalten werden.
  • <Dritte bevorzugte Ausführungsform>
  • 24 ist ein erläuterndes Diagramm, welches ein Anwendungssystem darstellt, welches eine dritte bevorzugte Ausführungsform ist. Wie in diesem Diagramm dargestellt ist eine Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung in einem Anwendungssystem 300 vorgesehen. Eine Spezielle Konfiguration der Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung entspricht der in 11 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der ersten bevorzugten Ausführungsform oder der in 23 dargestellten Wandlervorrichtung elektrischer Leistung der zweiten bevorzugten Ausführungsform.
  • Das Anwendungssystem 300 der dritten Ausführungsform weist in seinem Inneren die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung auf, wodurch es die Auswirkungen der geringen Schaltungsinduktanz, eines Systems ohne Snubberschaltungen, der Verkleinerung und Kostenverringerung, niedriger Verluste und Erweiterung der Betriebsbereiche in Bezug auf die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung in dem Inneren nutzt.
  • (Erster Modus)
  • Ein erster Modus des Anwendungssystems 300 ist ein Modus, in welchem ein Solarenergie-Aufbereitungssystem gebildet ist. In dem Solarenergie-Aufbereitungssystem wird die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung als eine Vorrichtung verwendet, welche eine von einem Solarpanel erhaltene Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung wandelt und die von der Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung erhaltene Wechselstromspannung wird einem System elektrischer Leistung zugeführt.
  • Gemäß dem ersten Modus der dritten bevorzugten Ausführungsform kann das Solarenergie-Aufbereitungssystem, welches eine geringe Schaltungsinduktanz aufweist, keine Snubberschaltungen aufweist, verkleinert und kostengünstig ist, geringe Verluste und erweiterte Betriebsbereiche aufweist, realisiert werden.
  • (Zweiter Modus)
  • Ein zweiter Modus des Anwendungssystems 300 ist ein Modus, in welchem ein Stromspeichersystem gebildet ist. In dem Stromspeichersystem wird die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung als eine Vorrichtung verwendet, welche eine von einem Akkumulator erhaltene Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung wandelt, und die von der Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung erhaltene Wechselstromspannung wird einem System elektrischer Leistung oder einer Last elektrischer Leistung zugeführt.
  • Gemäß dem zweiten Modus der dritten bevorzugten Ausführungsform kann das Stromspeichersystem, welches eine geringe Schaltungsinduktanz aufweist, keine Snubberschaltungen aufweist, verkleinert und kostengünstig ist, geringe Verluste und erweiterte Betriebsbereiche aufweist, realisiert werden.
  • (Dritter Modus)
  • Ein dritter Modus des Anwendungssystems 300 ist ein Modus, in welchem ein unterbrechungsfreies Leistungsversorgungssystem gebildet ist. In dem unterbrechungsfreien Leistungsversorgungssystem wird die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung als eine Vorrichtung verwendet, welche eine von einem Akkumulator in einer unterbrechungsfreien Leistungsversorgungvorrichtung erhaltene Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung wandelt, und die von der Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung erhaltene Wechselstromspannung wird einem System elektrischer Leistung oder einer Last elektrischer Leistung zugeführt.
  • Gemäß dem dritten Modus der dritten bevorzugten Ausführungsform kann das unterbrechungsfreie Leistungsversorgungssystem, welches eine geringe Schaltungsinduktanz aufweist, keine Snubberschaltungen aufweist, verkleinert und kostengünstig ist, geringe Verluste und erweiterte Betriebsbereiche aufweist, realisiert werden.
  • (Vierter Modus)
  • Ein vierter Modus des Anwendungssystems 300 ist ein Modus, in welchem ein Windenergieerzeugungssystem gebildet ist. In dem Windenergieerzeugungssystem wird die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung als ein Rotorwandler, welcher eine von einem Windturbinengenerator erhaltene Wechselstromspannung in eine Gleichstromspannung wandelt, oder als ein Stromnetzinverter verwendet, welcher zwischen dem Rotorwandler und einem System elektrischer Leistung vorgesehen ist.
  • Gemäß dem vierten Modus der dritten bevorzugten Ausführungsform kann das Windenergieerzeugungssystem, welches eine geringe Schaltungsinduktanz aufweist, keine Snubberschaltungen aufweist, verkleinert und kostengünstig ist, geringe Verluste und erweiterte Betriebsbereiche aufweist, realisiert werden.
  • (Fünfter Modus)
  • Ein fünfter Modus des Anwendungssystems 300 ist ein Modus, in welchem ein Motorantriebssystem gebildet ist. In dem Motorantriebssystem wird die Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung als eine Vorrichtung verwendet, welche eine Gleichstromspannung in eine Wechselstromspannung wandelt, und die von der Wandlervorrichtung 400 elektrischer Leistung erhaltene Wechselstromspannung wird einem Motor zugeführt.
  • Gemäß dem fünften Modus der dritten bevorzugten Ausführungsform kann das Motorantriebssystem, welches eine geringe Schaltungsinduktanz aufweist, keine Snubberschaltungen aufweist, verkleinert und kostengünstig ist, geringe Verluste und erweiterte Betriebsbereiche aufweist, realisiert werden.
  • In der vorliegenden Erfindung können die bevorzugten Ausführungsformen innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung frei kombiniert werden und/oder die bevorzugten Ausführungsformen können angemessen verändert oder weggelassen werden.
  • Während die Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten illustrativ und nicht beschränkend. Es ist deshalb zu verstehen, dass mehrere Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne von dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2013059248 [0003, 0004, 0005, 0019, 0071, 0072, 0076, 0078, 0079]
    • JP 201359248 [0071]

Claims (13)

  1. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung, aufweisend: eine Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen (100A) und eine Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen (100B); wobei eine Kombination der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen mindestens einen Teil einer Inverterschaltung bildet; die Inverterschaltung umfasst: ein erstes bis viertes Schaltelement (Q1, Q2, Q3, Q4), welche zwischen einem ersten Potentialanschluss (P) einer Hochpotential-Seite und einem zweiten Potentialanschluss (N) einer Niederpotential-Seite in Reihe vorgesehen sind, eine erste bis vierte Diode (D1, D2, D3, D4), welche vorgesehen sind, um jeweils dem ersten bis vierten Schaltelement zu entsprechen, und umgekehrt verbunden sind, sodass sie jeweils Anoden in einer Seite des zweiten Potentialanschlusses aufweisen, eine fünfte Diode (D5), welche zwischen einem Zwischenpotentialanschluss (C) und einem ersten Zwischenverbindungsanschluss (M1) verbunden ist, sodass sie eine Anode in einer Seite des Zwischenverbindungsanschlusses aufweist, und eine sechste Diode (D6), welche zwischen dem Zwischenpotentialanschluss und einem zweiten Zwischenverbindungsanschluss (M2) verbunden ist, sodass sie eine Kathode in einer Seite des Zwischenpotentialanschlusses aufweist; die Wandlervorrichtung elektrischer Leistung eine Dreistufen-I-Typ-Konfiguration aufweist, welche einen Verbindungspunkt zwischen dem ersten und zweiten Schaltelement als den ersten Zwischenverbindungsanschluss, einen Verbindungspunkt zwischen dem dritten und vierten Schaltelement als den zweiten Zwischenverbindungsanschluss und einen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten und dritten Schaltelement als einen Ausgabepotentialanschluss (AC) definiert; jede der Mehrzahl der ersten und zweiten Halbleitermodule eine Schaltelementgruppe aufweist, welche umfasst: eine erste und zweite modulinterne Diode (Di1, Di2), welche zwischen einem ersten externen Anschluss (C1) und einem zweiten externen Anschluss (E2) in Reihe verbunden sind, sodass sie jeweils Anoden in einer Seite des zweiten externen Anschlusses aufweisen, und mindestens ein modulinternes Schaltelement (Tr1, Tr2), welches mit mindestens einer der ersten und zweiten modulinternen Diode parallel verbunden ist; wobei ein Verbindungspunkt zwischen der ersten und zweiten modulinternen Diode als ein dritter externer Anschluss (C2E1) dient; das erste Schaltelement, die erste Diode und die fünfte Diode der Inverterschaltung der Schaltelementgruppe jeder aus der Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen zugeordnet sind; das vierte Schaltelement, die vierte Diode und die sechste Diode der Inverterschaltung der Schaltelementgruppe aus jeder der Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen zugeordnet sind; und eine einzelne Einheit des ersten Halbleitermoduls und eine einzelne Einheit des zweiten Halbleitermoduls gemischt angeordnet sind, sodass sie zwischen der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen abwechselnd angeordnet sind.
  2. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von dritten Halbleitermodulen (100C), welche jeweils die Schaltelementgruppe aufweisen; wobei eine Kombination aus der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen und der Mehrzahl von dritten Halbleitermodulen die Inverterschaltung bildet; und das zweite Schaltelement, das dritte Schaltelement, die zweite Diode und die dritte Diode der Inverterschaltung der Schaltelementgruppe jeder der Mehrzahl von dritten Halbleitermodulen zugeordnet sind.
  3. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach Anspruch 2, wobei die gemischte Anordnung zwischen der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen eine getrennte gemischte Anordnung umfasst, in welcher die ersten und zweiten Halbleitermodule in erste und zweite Spalten aufgeteilt sind.
  4. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach Anspruch 3, wobei in jeder der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen der erste und zweite externe Anschluss auf einer ersten Seitenfläche vorgesehen sind und der dritte externe Anschluss auf einer zweiten Seitenfläche vorgesehen ist, welche der ersten Seitenfläche gegenüberliegt; und die getrennte gemischte Anordnung eine Anordnung umfasst, bei welcher die dritten externen Anschlüsse der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen in einem Zwischenspaltenbereich zwischen der ersten und zweiten Spalte positioniert werden.
  5. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach Anspruch 2, wobei die gemischte Anordnung zwischen der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen eine einspaltige gemischte Anordnung umfasst, in welcher die ersten und zweiten Halbleitermodule in einer einzigen Spalte angeordnet werden, ohne dass sie getrennt werden.
  6. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Mehrzahl von dritten Halbleitermodulen nicht gemischt angeordnet wird, ohne mit der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen gemischt zu werden.
  7. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei jedes der Mehrzahl von ersten bis dritten Halbleitermodulen einen dritten externen Anschluss einer ersten Seite und einen dritten externen Anschluss einer zweiten Seite als der dritte externe Anschluss aufweist.
  8. Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach Anspruch 1, wobei die Kombination der Mehrzahl von ersten und zweiten Halbleitermodulen die Inverterschaltung bildet; in jedem aus der Mehrzahl von ersten Halbleitermodulen sind das zweite Schaltelement und die zweite Diode der Inverterschaltung ferner der Schaltelementgruppe zugeordnet; in jedem aus der Mehrzahl von zweiten Halbleitermodulen sind das dritte Schaltelement und die dritte Diode der Inverterschaltung ferner der Schaltelementgruppe zugeordnet.
  9. Solarenergie-Aufbereitungssystem, welches in einem Inneren eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  10. Stromspeichersystem, welches in einem Inneren eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  11. Unterbrechungsfreies Leistungsversorgungssystem, welches in einem Inneren eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  12. Windenergieerzeugungssystem, welches in einem Inneren eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
  13. Motorantriebssystem, welches in einem Inneren eine Wandlervorrichtung elektrischer Leistung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
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